Metal cutting tools with new nanoparticle surface treatment

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F06550568%3A_____%2F20%3AN0000001" target="_blank" >RIV/06550568:_____/20:N0000001 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Obráběcí nástroje s novou povrchovou úpravou realizovanou s použitím nanočástic.

Original language description

Projekt navazuje na dosavadní výzkumně-vývojovou a inovační činnost společnosti žadatele v oblasti obráběcích nástrojů. Cílem projektu byl vznik funkčních prototypů nové řady řezných nástrojů s inovovanou povrchovou úpravou a zavedení metody úpravy povrchů s využitím nanomateriálů a nových povlaků. Tyto materiály mohou mít charakter nanočástic na bázi kovů (např. karbidy, boridy, oxidy) nebo např. uhlíkových nanotrubiček. Kombinace specifických vlastností nanotrubiček (změny struktury materiálu, dobrá samomaznost) a jejich excelentní dispergace za pomoci kavitačních metod je progresivní metodou pro výrazné zlepšení povrchových materiálů za velmi konkurenční ceny. Dalším aplikačním potenciálem byla náhrada šestimocného chromu v procesu povrchové úpravy materiálů. Toto řešení by mělo mimo jiné sloužit jako ochrana povrchu základního materiálu vzhledem k vnějším vlivům, jako jsou koroze, tepelné namáhání, mechanické namáhání a další vlivy. Výzkum byl zaměřen i na nalezení vhodného postupu pro vysokou kompatibilitu nových vrstev se substrátem a topologií povrchu, soudržnost vrstvy se substrátem a snížení koeficientu tření. Výstupem projektu je nová řada obráběcích nástrojů s povrchovou úpravou s využitím nanomateriálů, která přinesla řadu níže uvedených výhod jako například: vyšší odolnost, delší životnost, přesnější obrábění, vyšší mikrotvrdost, nižší koeficient tření, vyšší odolnost proti vrypu, nižší spotřeba materiálu a tím nižší cena povrchové úpravy, lepší ochrana materiálu nástrojů proti vnějším vlivům a výrazně nižší energetická náročnost v rámci procesu galvanizace. Pro účely testování nových povlaků bylo vyvinuto celkem 5 typů nástrojů - 2 typy nástrojů pro hoblování dřeva a 3 typy nástrojů pro tvarové obrábění dřeva. Pro účely testování a vliv povlaků v oblasti kovoobrábění byl vybrán jeden typ rychlořezného vrtáku, na které byly následně naneseny nové vrstvy nanopovlaků. Bylo vyrobeno celkem 5 typů nástrojů pro dřevoobrábění po 10 kusech od každého typu pro účely testování a bylo napovlakováno celkem 50 ks vrtáků různých průměrů pro obrábění kovů.

Czech name

Obráběcí nástroje s novou povrchovou úpravou realizovanou s použitím nanočástic.

Czech description

Projekt navazuje na dosavadní výzkumně-vývojovou a inovační činnost společnosti žadatele v oblasti obráběcích nástrojů. Cílem projektu byl vznik funkčních prototypů nové řady řezných nástrojů s inovovanou povrchovou úpravou a zavedení metody úpravy povrchů s využitím nanomateriálů a nových povlaků. Tyto materiály mohou mít charakter nanočástic na bázi kovů (např. karbidy, boridy, oxidy) nebo např. uhlíkových nanotrubiček. Kombinace specifických vlastností nanotrubiček (změny struktury materiálu, dobrá samomaznost) a jejich excelentní dispergace za pomoci kavitačních metod je progresivní metodou pro výrazné zlepšení povrchových materiálů za velmi konkurenční ceny. Dalším aplikačním potenciálem byla náhrada šestimocného chromu v procesu povrchové úpravy materiálů. Toto řešení by mělo mimo jiné sloužit jako ochrana povrchu základního materiálu vzhledem k vnějším vlivům, jako jsou koroze, tepelné namáhání, mechanické namáhání a další vlivy. Výzkum byl zaměřen i na nalezení vhodného postupu pro vysokou kompatibilitu nových vrstev se substrátem a topologií povrchu, soudržnost vrstvy se substrátem a snížení koeficientu tření. Výstupem projektu je nová řada obráběcích nástrojů s povrchovou úpravou s využitím nanomateriálů, která přinesla řadu níže uvedených výhod jako například: vyšší odolnost, delší životnost, přesnější obrábění, vyšší mikrotvrdost, nižší koeficient tření, vyšší odolnost proti vrypu, nižší spotřeba materiálu a tím nižší cena povrchové úpravy, lepší ochrana materiálu nástrojů proti vnějším vlivům a výrazně nižší energetická náročnost v rámci procesu galvanizace. Pro účely testování nových povlaků bylo vyvinuto celkem 5 typů nástrojů - 2 typy nástrojů pro hoblování dřeva a 3 typy nástrojů pro tvarové obrábění dřeva. Pro účely testování a vliv povlaků v oblasti kovoobrábění byl vybrán jeden typ rychlořezného vrtáku, na které byly následně naneseny nové vrstvy nanopovlaků. Bylo vyrobeno celkem 5 typů nástrojů pro dřevoobrábění po 10 kusech od každého typu pro účely testování a bylo napovlakováno celkem 50 ks vrtáků různých průměrů pro obrábění kovů.

Type

G_prot - Prototype

CEP classification

—

OECD FORD branch

21100 - Other engineering and technologies

Project

<a href="/en/project/EG16_084%2F0010299" target="_blank" >EG16_084/0010299: Research and development of innovated surfaces of cutting tools using carbon nanoparticles</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2020

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

Obráběcí nástroje s použitím nanočástic

Numerical identification

—

Technical parameters

Základem dosažení výstupu bylo využití uhlíkových nanotrubiček (CNT) a dalších uhlíkových komponent (uhlíkových nanovláken, nanočástic apod.) a to v procesech chromování, postříbřování či anodového pokovování. V projektu se využily nové metody dispergace na bázi hydrodynamické kavitace. Tento, v mnoha odvětvích nepříznivý jev, je založen na vzniku vakuových dutin v rotující kapalině, které následně implodují, což vede ke vzniku rázových vln. Tyto vlny, které mohou vést k poškození různých technologických zařízení, se v tomto případě využívají pro silové rozrušení shlukových nanostruktur. S touto technologií bylo možné vytvořit velmi jemnou suspenzi CNT o koncentraci menší než 0.1 %, kde střední velikost částic (dispergovaných CNT) je menší než 100 nm, což odpovídá jednotlivými CNT nebo jen velmi malým shlukům. Při určitých podmínkách (jeden z hlavních bodů výzkumu v rámci předkládaného projektu) je nyní možné tuto disperzi udržet v neshlukovaném stavu a dlouhodobě použít. Dalším aplikačním prvkem byla náhrada šestimocného chromu v procesu povrchové úpravy materiálů. Nové řešení slouží jako ochrana povrchu základního materiálu vzhledem k vnějším vlivům, jako jsou koroze, tepelné namáhání, mechanické namáhání a další vlivy. Vlastní působení CNT na změnu vlastností materiálů je založeno na změně složení povrchové vrstvy materiálu. V navrženém uspořádání nejde o využití vlastností CNT (vysoká pevnost), ale o jejich homogenní distribuci na povrchu a tím změnu struktury nanášeného kovu na povrchu (lepší povrchové uspořádání povlakované vrstvy). V důsledku toho se mění vlastnosti povrchové vrstvy, a to vlastnosti tribologické (zejména snížení koeficientu tření) a mikrotvrdost. U experimentálních vzorků bylo pozorováno zvýšení mikrotvrdosti z 200-350 Hv na 650-850 Hv. Podobně poklesly hodnoty statického i dynamického koeficientu tření na cca polovinu. Výsledky testů také prokázaly, že zákazníkům lze nabídnou alternativu k v podobě nanochromově povlakovaných destiček a nožů z rychlořezné oceli, kde se životnost ostří blíží mnohem dražším nožům ze slinutého karbidu. Dalším efektem je zrychlení procesu povlakování až o 46%. Tento fakt je zcela zásadní pro ekonomickou efektivitu výroby. Proces galvanizace je energeticky velmi náročný a zrychlení procesu povlakování přineslo energetickou úsporu až ve výši 50 %. Bylo vyrobeno celkem 5 typů nástrojů pro dřevoobrábění po 10 kusech od každého typu pro účely testování a bylo napovlakováno celkem 50 ks vrtáků různých průměrů pro obrábění kovů. Zásadní inovací je vyvinutí nového nástroje pro hoblování, a to typ 6133 a typ 3520 se systémem upínání hoblovacích nožů bez potřeby dalšího nářadí a při výměně hoblovacích nožů a přímo ve stroji bez nutnosti jednotlivé nástroje vyjmou ze stroje.

Economical parameters

Hlavním přínosem projektu je získání konkurenční výhody v podobě prodloužení životnosti a odolnosti řezné hrany nástroje, kterou se podařilo experimentálně prokázat. Výsledky měření vzorků prokázaly několikanásobné zvýšení životnosti ostří. Tím bude zákazníkům umožněno zefektivnit a celkově stabilizovat proces obrábění a prodloužit intervaly výměny řezných destiček nebo nožů z rychlořezné oceli v nástrojích. Mezi ekonomické cíle projektu patří: zvýšení obratu, zvýšení podílu nových a inovovaných výrobků na celkovém obratu, zvýšení tržeb, udržení konkurenceschopnosti, rozšíření portfolia nabízených produktů a služeb, zvýšení počtu odběratelů, zvýšení podílu inovovaných produktů na tržbách a obratu, zvýšení exportu.

Application category by cost

—

Owner IČO

06550568; 46747885

Owner name

Karned Tools s.r.o.; Technická univerzita v Liberci

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

—