LES wood 51 (1999) 1-2 Znanje za prakso 19 ZNANJE za prakso Diamantno orodje v lesni industriji Uvod Orodje, oploš~eno s ploš~icami PKD (polikristalinskega diamanta; ISO - DP) so za~eli uporabljati v proizvodnji orodja za lesno industrijo pred 15 in ve~ leti. Sprva so orodje izdelovala samo specializirana podjetja, ki so proizvajala samo tovrstno orodje. Relativno naglo pa so se v proizvodnjo DIA - orodja vklju~ili skoraj vsi znani svetovni proizvajalci orodja in drugih materialov za lesno industrijo. Razumljivo je, da so sprva uporabljali DIA - orodje le v nekaterih podjetjih, ki so imela na voljo ustrezne stroje, na katerih lahko to orodje uporabljamo, in tista podjetja, ki so obdelovala materiale, ki jih z druga~nimi vrstami orodja ne moremo obdelovati ali pa jih zelo te`ko obdelujemo. DIA orodje zahteva pri uporabi posebno obravnavo, ki bi zadovoljila vsa podjetja. V minulem obdobju se je to orodje neprestano razvijalo. Pove~ala se je tudi poraba in so v mnogih obratih za~eli uporabljati to orodje, ki ga prej niso. Prav gotovo se bo to orodje razvijalo naprej, s ~imer bo seveda porasla tudi poraba. Zato naj ta prispevek poleg osnovnih informacij o PKD (DP) - o konstrukciji in lastnostih - prika`e nekatere pojme o uporabi orodja in razmere, v katerih ga uporabljamo. Da bi DIA orodje lahko s pridom uporabljali v lesni industriji, moramo upoštevati nekatere pogoje, ki jih bomo v ~lanku skušali pojasniti. 1. Ploš~ice PKD (polikristalinskega diamanta) Za proizvodnjo DIA orodja uporabljamo ploš~ice poli-kristalinskega diamanta PKD, ki jih izdelujemo pri zelo visokem pritisku in ekstremno visokih temperaturah. Pri tem zrnca PKD sintramo na ploš~ice s karbidno trdino v slojih, debelih 0,5 do 0,7 mm (slika 1). Kobalt, ki se izlo~a iz kar-bidne trdine ve`e diamantna zrnca s ploš~ico iz karbidne trdine. Na~elno jih izdelujemo v obliki valjev (tablet) ali delov valjev. Rezultat je izredno trd material, ki je zelo odporen proti obrabi. Na sliki 2 je predstavljen Knoopov diagram trdote razli~nih materialov, ki se uporabljajo za izdelavo rezil. Iz njega lepo vidimo, koliko trši je polikri-stalinski diamant (oz. PKD ploš~ica) od vseh drugih materialov. Zaradi boljšega razumevanja so v preglednici 1 prikazane fizikalne lastnosti razli~nih trdih materialov, ki se uporabljajo za proizvodnjo rezil za obdelavo lesa in drugih materialov v lesni industriji. Zrnca izdelujejo v ve~ velikostih. V preglednici 2 so prikazane tri, ki jih najpogosteje uporabljajo. Preglednica 1. Fizikalne lastnosti nekaterih trdih materialov Trdi material Gostota (g/cm³) Knoopova Utripna dinami~na Faktor trdota trdnost obrabe (N/mm²) B (N/mm²) -krat 14 do 15 16.000 do l7.000 1.700 do 1.800 2 1. Karbidna trdina K 05 do K 10 2. PKD 3,5 do 4,2 50.000 390 do 460 250 3. Aluminijev oksid (Al2O3) 3.9 do 4,0 22.000 do 25.000 300 do 500 180 Slika 1. Shematski prikaz ploš~ic PKD ; ISO = DP (polkristalinskega diamanta) A - PKD (DP) - polikristalinski diamant, B - HW - karbidna trdina Slika 2. Knoopov diagram trdote - A) PKD (DP), B) borazon (kubi~ni borovni nitrid), C) TM K20, D) HJ (hitrorezno jeklo), E) stelit, F) HCR - 65, G) HRB - 65 LES wood 51 (1999) 1-2 Znanje za prakso 20 Preglednica 2. Velikosti zrnc PKD 3. Material, ki ga obdelujemo Mikron Srednja velikost Oznaka finosti zrnca ( m ) 0022 ekstra fino 010 10 fino 025 25 normalno (standardno) 2. Lastnosti in karakteristike DIA orodja Obi~ajno izdelujejo rezkarje za nadmizni rezkalni stroj v oploš~eni izvedbi, diskaste rezkarje prav tako v oploš~eni izvedbi te glave. Diamant oz. PKD, ki se uporablja za oploš-~enje rezkarjev za obdelavo lesa in podobnih materialov, sodi, kot `e omenjeno, med najtrše materiale na svetu. Primerjava fizikalnih lastnosti te trdote po Knoopu, kar prikazuje preglednica 1 na sliki 3, jasno ka`e, oz. pojasnjuje veliko trajnost diamanta v primerjavi z drugimi obi~ajnimi materiali, ki se uporabljajo za izdelavo orodja za obdelavo lesa in podobnih materialov. Podrobnejša pojasnila o konstrukciji orodja, oploš~enega s ploš~icami PKD, bodo predmet obravnave v drugem delu tega prispevka. Tu bi omenili le nekatera dejstva, povezana s kvaliteto DIA orodja, dejstva, ki izhajajo iz prej navedenih lastnosti PKD ploš~ic. Med drugim lahko za DIA orodje navedemo naslednje prednosti glede na druge materiale, posebno na ploš~ice iz karbidnih trdin; to so: * 125 - kratna ve~ja odpornost proti obrabi, * dvakratna odpornost na pritisk, * 5 - krat ve~ja prevodnost toplote, * 300 - krat višji faktor odpornosti proti obrabi, * ve~ kot štirikrat višja trdota. Glede na velike razlike v odpornosti diamanta oziroma otopelosti lahko prika`emo ekonomi~nost DIA orodja z dobi~kom, ki ga lahko pri~akujemo v primerjavi z orodjem s karbidno trdino (slika 3). Slika 3. Diagram ekonomi~nosti oz. dobi~ka pri uporabi PKD ploš~ic Pri odlo~itvi o nabavi DIA orodja namesto orodja, oploš-~enega s karbidno trdino, ima odlo~ilno vlogo ekono-mi~nost in ne nabavna cena orodja. ^eprav je DIA orodje ve~kratno dra`je od orodja, oploš~enega s karbidno trdino, je vseeno bolj ekonomi~no. Ekonomi~nost se poka`e v ogromni razliki v koli~ini obdelanih elementov oziroma teko~ih metrov, ki smo jih obdelali s tem orodjem, v primerjavi z orodjem, ki je oploš~eno s karbidno trdino. To pomeni, da je DIA orodje brez ozira na svojo nabavno ceno, ceno stroja in opreme bolj ekonomi~no zaradi daljše trajnosti rezila, oziroma zaradi manj ostrenja. Tipi~ni primer uporabe DIA orodja je obdelava materiala, ki mo~no otopi orodje. Med take materiale sodijo epoksidna smola, umetni materiali GFK (materiali, ki so oja~ani s steklenimi vlakni) ipd. Omenjeni materiali se uporabljajo za izdelovanje športnih naprav in opreme, laboratorijske opreme in za mnoge druge namene. 3.1. Dizajn in materiali za pohištvo Kupci pohištva imajo radi proizvode, pri katerih uporabljamo dodatno profiliranje. Pri formatni obdelavi omenjenih materialov z drobilniki, predrezniki in za finejše polutorjen-je je priporo~ljiva uporaba orodja s ploš~icami PKD. Razen ekonomi~nosti ima to orodje tudi prednosti v zvezi s kvaliteto. Obdelani oz. odrezani materiali imajo zelo dobre robove brez poškodb in neravnin. Rezkani profili so zelo natan~ni, saj orodje ne otopi in tako omogo~a izdelavo profilov, ki se po obliki in dimenzijah ne razlikuje od originala. Del omenjenih prednosti sicer lahko dose`emo tudi z orodjem, oploš~enim s karbidnimi trdinami, zato v ve~ini primerov pri oceni kvaliteti pride v poštev ekonomi~nost. 3.2. Sodobni koncept strojev 3.2.1. Veri`ne naprave Da bi var~evali pri ploš~icah oz. da bi pospešili pretok materiala, so uvedeni veri`ni sistemi. Le-ti pri ve~ strojih, nameš~enih drug za drugim, pogojujejo delitev ~asa. Ker se pogosto v veliki meri lo~ijo ~asi menjave orodja pri posameznih strojih v verigi, se morajo ustaviti vsi stroji. Najmanj ugodno je to tedaj, kadar moramo menjati orodje med delovnim ~asom. Tako se v veliki meri zmanjšujejo kapacitete celotnega sistema. Da bi izboljšali omenjeno stanje, uvajamo delo v izmenah, nadurno delo ali pa nabavimo nov stroj oz. napravo. V teh primerih je uporaba DIA orodja zelo zanimiva, ne glede na to, da je nabavna cena orodja, oploš~enega s karbidnimi trdinami, neprimerno ni`ja. To ugotovitev uporabljamo vselej, kadar primerjamo nabavne cene DIA orodja s cenami standardnega orodja, oploš~enega s karbidno trdino. 3.3. CNC nadmizni rezkalni stroj V zadnjih nekaj letih so se zelo razvili CNC nadmizni rezkalni stroji, ki so zelo produktivni in je zato potrebno LES wood 51 (1999) 1-2 Znanje za prakso 21 kvalitetno, visokovredno orodje. Ker imajo osi teh strojev zelo visoko število vrtljajev, lahko uporabljamo rezkarje z majhnim številom zob (1 ali 2). Zaradi tega so DIA rezkarji za nadmizni rezkalni stroj ugodnejši glede na ceno in se relativno hitro amortizirajo med uporabo. 4. Pogoji uporabe DIA orodja glede na stroje Na~elno je DIA orodje priporo~ljivo za obdelavo na stacionarnih strojih. Velika ob~utljivost DIA orodja za udarce postavlja predenj ve~je zahteve. Zato od strojev, na katerih `elimo uporabiti DIA orodje, zahtevamo veliko natan~nost, predvsem, da se orodje vrti brez vibracij. Prav tako mora biti vodenje obdelovanca natan~no. ^e teh pogojev ni, od DIA orodja ne moremo pri~akovati optimalnih rezultatov. Na hobi strojih in na premi~nih strojih DIA orodja ne moremo uporabljati. 5. Metode obdelav, pri katerih lahko uporabljamo DIA orodje Na~elno lahko DIA orodje uporabljamo pri vseh metodah, ki jih uporabljamo pri obdelavi lesa in podobnih materialov. Vendar je smotrno, da opravimo od primera do primera preizkuse glede na obdelovani material, stroj in vrsto obdelave. Šele na osnovi objektivnega preizkusa lahko zanesljivo ugotovimo ekonomi~nost uporabe DIA orodja za vsako konkretno vrsto obdelave. Pri tem je zelo va`no, da izberemo za konkretni tehnološki postopek najugodnejše orodje v dogovoru s proizvajalcem DIA orodja. 6. Podro~je uporabe DIA orodja Na~elno je tu pomembna tale ugotovitev: kolikor je krajša trajnost orodja, oploš~enega s ploš~icami iz karbidne trdine, toliko ve~ja je trajnost DIA orodja. To potrjuje tudi slika 4. 6.1. Umetne mase Uporaba DIA orodja je priporo~ljiva za obdelavo materialov, ki mo~no vplivajo na otopitev orodja, npr. materialov, ki so oja~ani s steklenimi vlakni (GFK), epoksidne smole in podobni materiali, ki jih z orodjem, oploš~enim s karbidni-mi trdinami, obdelujemo neekonomi~no ali pa zelo te`ko. Slika 4. Primerjava trajnosti ploš~ic iz karbidne trdine in PKD med dvema ostrenjema: A - zamenljiva ploš~ica iz karbidne trdine K01 po obdelavi 500 m, B - rob rezila PKD (ve~ vrst zob) po obdelavi 20.000 m obdelovancev. 6.2. Oploš~eni (oblo`eni) materiali Danes so v uporabi posebni materiali za oblepljanje standardnih lesenih ploš~. Folije za oblepljanje pogosto mo~no vplivajo na otopelost orodja. Omenjene materiale pa vse bolj uporabljamo v razli~ne industrijske namene. S klasi~-nim orodjem, oploš~enim s karbidno trdino, te`ko dose`e-mo optimalno kon~no obdelavo; z uporabo DIA orodja pa jo dose`emo brez kakršnih koli problemov. 6.3. Masivni les Ekonomi~nost DIA orodja merimo z velikin številom obdelanih profilov, ki so skoraj identi~ni, tj. nimajo niti najmanjših znakov spremembe oblike in dimenzij profila; teh sprememb ne zaznamo tudi po 100.000 obdelanih elementih. Masivni les uporabljamo v serijski proizvodnji npr. igra~ ali športnih rekvizitov. Pri orodju uporabljamo novo, ustrezno geometrijo rezil. 7. Vrste konstrukcij DIA orodja Ploš~ic PKD (polikristalinskega diamanta) ne moremo proizvajati v vseh mogo~ih oblikah in velikostih, kot je to pri ploš~icah s karbidno trdino; zato moramo DIA orodje temu prilagoditi. To ima za posledico, da moramo orodje, ki bi moralo imeti ploš~ice 10 mm, razporediti na ve~ zob (slika 5). Delitev enega roba rezila na ve~ posameznih segmentov prinaša velike prednosti, to je deljeno obdelavo istega segmenta in mo`nost, da posamezna rezila postavimo z razli~nimi osnimi koti. To je zelo ugodno pri obdelavi “sendvi~” materialov, ki razli~no vplivajo na rezilo. Na ta na~in dose`emo optimalne rezultate pri `aganju, kar se predvsem nanaša na obdelavo robov, ki so brez razpok in neravnin. V glavnem proizvajalci DIA orodja nudijo dve razli~ici konstrukcije DIA orodja, in sicer rezkarje s pritrjenimi ploš~icami in glave. 7.1. Izvedba glav s pritrjenimi ploš~icami Pri tej vrsti orodja so ploš~ice PKD pritrjene na rezkarje z lepilom. V to vrsto izvedbe sodijo rezkarji za nadmizni rezkalni stroj (slika 6), kro`ni `agini listi (slika 7), drobilniki (slika 8), utorni rezkarji in nastavljivi utorni rezkarji (slika 9) pa tudi skobeljne glave (slika 10) in rezkalne profilne glave. Slika 5. Obdelava dolo~ene površine z rezili razli~nih namenskih geometrij. B - širina rezkarja je razporejena na tri zobe a,b in c. LES wood 51 (1999) 1-2 Znanje za prakso 22 Slika 7. Kro`ni `agin list s PKD ploš~icami Slika 8. Drobilnik s PKD ploš~icami Slika 9. Nastavljivi utorni rezkar s PKD ploš~icami Slika 10. Rezkalna glava za spahovanje s PKD ploš~icami 7.2. Izvedba glave Vse druge tipe orodja, kot so profilni rezkarji, rezkarji za poravnavanje in drobilniki, v glavnem proizvajajo v obliki glave z zamenljivimi no`i. Pri tej izvedbi ploš~ice lepimo na standardne no`i~ke, ki jih kasneje vstavimo v glavo (slika 10). S to izvedbo še izboljšamo ekonomi~nost uporabe DIA orodja. Stopenjski pomik zagotavlja konstanten premer. Prednosti tega orodja oz. sistema so v tem, da lahko poškodbe posameznih elementov rezila parcialno odpravimo, ne da bi bilo potrebno ostrenje celotnega orodja. 7.3. Velikosti ploš~ic PKD in podro~ja za naknadno ostrenje DIA orodje na~elno ostrimo na prosti površini, zato je podro~je za naknadno ostrenje odvisno od dveh ~initeljev; to sta: a) velikost PKD ploš~ic za oploš~enje in b) povišanje segmenta rezila nad glavo. Pri ugotavljanju velikosti PKD ploš~ic za oploš~anje orodja obdelamo rezkar za poravnavanje. Na~elno vedno izhajamo od PKD ploš~ice okrogle oblike (kot tableta), ki jo lahko razdelimo na razli~ne na~ine in vrste. Osnovne oblike so polovica kroga ali trije pasovi, izdelani iz polnega kroga. Vsi pomembnejši svetovni proizvajalci DIA orodja so se odlo~ili za ploš~ice velikosti polkroga. Ta oblika in velikost zagotavljata ekonomi~no in zanesljivo orodje. Pri primerjavi velikosti podro~ja za naknadno ostrenje ploš~ic velikosti polkroga in tretjine kroga, ima prednost orodje, oploš~eno s polkro`no ploš~ico. Na~elno znaša pri ve~ini proizvajalcev podro~je za naknadno ostrenje 3 mm. 8. Povzetek Pred dolo~enim ~asom so bili dose`eni prvi pozitivni rezultati v obdelavi lesa z DIA orodjem. Najbr` v prihodnosti ne bodo za izdelavo orodja uporabljeni nobeni drugi materiali. ~eprav so bili pri uporabi DIA orodja dose`eni vidni rezultati, prav gotovo še niso iz~rpane vse mo`nosti in se bo njegov prispevek v naslednjih letih stabiliziral. Kljub temu pa je tu potrebno jasno poudariti tudi negativne konotacije pri uporabi DIA orodja. Predvsem se to nanaša na visok faktor rizika zaradi loma zelo krhkih ploš~ic PKD, dalje na zelo majhne proizvodne serije orodja in precej hitre menjave dizajna pohištva, ki neprestano zahtevajo spremembe orodja. V tem relativno kratkem pregledu ni bilo mogo~e obdelati vseh prednosti in pomanjkljivosti pri uporabi DIA orodja. Zaradi tega predlagam potencialnim uporabnikom orodja, da se pri razmišljanju o problemih, ki so povezani z njegovo uporabo, predvsem pa z izbiro orodja, posvetujejo z eminentnim proizvajalcem, ki ima dovolj izkušenj z izdelavo in uporabo orodja. Izra~un ekonomi~nosti uporabe DIA orodja je potrebno narediti nepristransko in vestno, saj bomo le na ta na~in našli pravo rešitev. Mag. Vladimir NAGLI] dipl. ing. les. ind. 47000 Karlovac, Izidora Kršnjavoga 11 a