Obráběcí nástroje s novou povrchovou úpravou realizovanou s použitím nanočástic.

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Obráběcí nástroje s novou povrchovou úpravou realizovanou s použitím nanočástic.

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

Metal cutting tools with new nanoparticle surface treatment

Popis výsledku anglicky

The project builds on the existing research, development and innovation progress of the applicant company in the field of cutting tools manufacture. The aim was to create a functional prototype of a new set of cutting tools with innovative surface treatment and the treatment method in itself, using nanomaterials and new surface treatment substances. These materials will have the characteristics of metal-based nanoparticles (e.g., carbides, borides, oxides) or carbon nanotubes. The combination of specific characteristics of the nanotubes (material structure change, good self-lubrication) and its excellent dispersion using cavitation methods results in a progressive way to significantly improve surface materials maintaining very competitive prices. Another application potential lies in the replacement of the hexavalent chromium in the surface treatment process. This solution should also additionally serve as a surface protection of the base material against external factors like corrosion, thermal and mechanical stress and others. The research was also aimed at discovering a suitable process for high compatibility and of new layers with the substrate and the surface topology, adhesion to the substrate and decreasing of the friction coefficient. The result of the project is new set of cutting tools with nanomaterial surface treatment that introduced a lot of new advantageous changes to the mix, e.g., higher resistance, better longevity, more accurate cutting, higher microhardness, lower friction coefficient, higher protection against scratches, lower material consumption and therefore lower price of the treatment, better protection against external factors and a much lower energy consumption during the process of galvanization. A total of 5 different tool types was developed to test new surface treatment substances – 2 types of wood-planing tools and 3 types of wood shape-cutting tools. Furthermore, one type of speed-drill was chosen for the purpose of metalworking tests, which were coated with new layer of nanocoat. A total of 50 woodworking tools was manufactured (10 times each type) for the purpose of testing and 50 pieces of speed drills for the purpose of metalworking and coating tests.

Druh

G_prot - Prototyp

CEP obor

—

OECD FORD obor

21100 - Other engineering and technologies

Projekt

<a href="/cs/project/EG16_084%2F0010299" target="_blank" >EG16_084/0010299: Výzkum a vývoj inovovaných povrchů řezných nástrojů s využitím nanočástic karbonu</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2020

Kód důvěrnosti údajů

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

Interní identifikační kód produktu

Obráběcí nástroje s použitím nanočástic

Číselná identifikace

—

Technické parametry

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.

Ekonomické parametry

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.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

06550568; 46747885

Název vlastníka

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

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—