BLOG

Azotowanie wykonuje się po to, aby zwiększyć twardość powierzchniową stali, ograniczyć ścieranie i poprawić trwałość elementu. Nie zawsze jednak korzystne jest utwardzenie całej dostępnej powierzchni. W wielu częściach maszyn znajdują się gwinty, otwory, czopy, gniazda, powierzchnie uszczelniające i miejsca pasowane, które po procesie powinny zachować określony wymiar, podatność na dalszą obróbkę lub możliwość spawania.

W takich przypadkach stosuje się maskowanie powierzchni przed azotowaniem, nazywane również zabezpieczaniem, ekranowaniem albo selektywnym azotowaniem. Jego zadaniem jest ograniczenie dostępu aktywnego środowiska do wybranych fragmentów części, aby azot nie wnikał w materiał albo aby wpływ procesu został znacząco zmniejszony.

Obróbka elektroerozyjna EDM jest powszechnie wykorzystywana przy wykonywaniu form wtryskowych, matryc, wykrojników, stempli, wkładek formujących, precyzyjnych otworów oraz skomplikowanych elementów ze stali narzędziowych. Pozwala obrabiać materiały zahartowane i wykonywać kształty, które byłyby trudne albo nieopłacalne do uzyskania klasycznym frezowaniem, toczeniem lub szlifowaniem.

Elektrodrążenie ma jednak specyficzny wpływ na powierzchnię stali. Materiał jest usuwany przez serię wyładowań elektrycznych powodujących lokalne topienie i odparowywanie metalu. Część stopionego materiału ponownie zestala się na powierzchni, tworząc tak zwaną warstwę przetopioną, nawrotną lub białą warstwę EDM. Pod nią może występować strefa zmieniona cieplnie, a na powierzchni mogą pozostać kratery, mikropęknięcia, naprężenia i ślady materiału elektrody. Badania integralności powierzchni po EDM potwierdzają, że grubość i jakość tej warstwy zależą od parametrów wyładowań, rodzaju stali, dielektryka oraz liczby przejść wykańczających.

Azotowanie wykonuje się po to, aby poprawić właściwości warstwy wierzchniej stali. Najczęściej oczekuje się większej twardości powierzchniowej, odporności na ścieranie, mniejszej podatności na zatarcia oraz dłuższej żywotności części. Sam fakt przeprowadzenia procesu nie daje jednak jeszcze pełnej odpowiedzi na pytanie, czy detal uzyskał właściwe parametry.

Dwie części mogą wyglądać po azotowaniu podobnie, a mimo to różnić się głębokością warstwy, profilem twardości, budową warstwy związków, stabilnością wymiarową i przydatnością do konkretnego zastosowania. Dlatego kontrola jakości po azotowaniu nie powinna ograniczać się do obejrzenia powierzchni ani wykonania jednego pomiaru twardości.

Regeneracja części maszyn może być znacznie bardziej opłacalna niż wykonanie nowego elementu. Dotyczy to zwłaszcza dużych wałów, ślimaków, cylindrów, form, matryc, kół zębatych, trzpieni, tulei oraz specjalistycznych detali wykonywanych na zamówienie. Jeżeli rdzeń części zachował odpowiednią wytrzymałość, a uszkodzenie obejmuje przede wszystkim powierzchnię roboczą, zużyty element można niekiedy odbudować, ponownie obrobić i zabezpieczyć przed kolejnym zużyciem.

Jedną z rozważanych metod jest azotowanie elementów po regeneracji. Proces może zwiększyć twardość warstwy wierzchniej, poprawić odporność na ścieranie oraz ograniczyć ryzyko zatarć. Nie oznacza to jednak, że każdą używaną, spawaną lub napawaną część można bezpiecznie ponownie azotować.

Azotowanie bardzo często kojarzy się z produkcją seryjną, dużymi partiami elementów, narzędziami przemysłowymi i częściami maszyn pracującymi przez tysiące godzin. W praktyce jednak coraz częściej pojawia się pytanie: czy opłaca się azotować pojedynczy detal albo małą serię części?

Odpowiedź brzmi: tak, ale nie zawsze. Wszystko zależy od wartości detalu, warunków jego pracy, kosztu ewentualnej awarii, czasu wykonania nowej części, trudności regeneracji i tego, jaki problem ma rozwiązać azotowanie. Inaczej wygląda sytuacja przy taniej, łatwo dostępnej tulei, a inaczej przy precyzyjnym elemencie CNC, formie, matrycy, ślimaku do wtryskarki, specjalnym wałku, trzpieniu, sworzniu albo kole zębatym wykonanym na zamówienie.

Cena azotowania plazmowego to jedno z najczęstszych pytań zadawanych przed zleceniem obróbki detalu. Klient chce wiedzieć, ile zapłaci za wałek, tuleję, sworzeń, formę, matrycę, koło zębate, śrubę specjalną, detal CNC albo element maszyny. I jest to całkowicie zrozumiałe, bo koszt obróbki wpływa na opłacalność naprawy, regeneracji lub produkcji nowej części.

Problem polega na tym, że azotowanie plazmowe nie jest usługą, którą zawsze da się wycenić jedną prostą stawką za sztukę. Cena zależy od wielu czynników: gatunku stali, wymiarów detalu, masy, geometrii, liczby sztuk, wymaganej warstwy, oczekiwanej twardości, czasu procesu, przygotowania powierzchni, tolerancji wymiarowych oraz tego, czy element jest nowy, używany czy po regeneracji.

Wybór odpowiedniej obróbki stali ma ogromny wpływ na trwałość części maszyn, narzędzi, form, matryc, kół zębatych, tulei, wałków, sworzni i detali CNC. Bardzo często w zapytaniach pojawia się jedno proste pytanie: co będzie lepsze: azotowanie, nawęglanie, węgloazotowanie czy ulepszanie cieplne?

Problem w tym, że te procesy nie są zamiennikami jeden do jednego. Każdy z nich działa inaczej, ma inny cel i sprawdza się w innych zastosowaniach. Azotowanie powierzchniowe stali modyfikuje głównie warstwę wierzchnią przez nasycenie jej azotem. Nawęglanie polega na wzbogaceniu powierzchni w węgiel, a następnie zwykle wymaga hartowania. Węgloazotowanie wprowadza do warstwy powierzchniowej zarówno węgiel, jak i azot. Ulepszanie cieplne natomiast wpływa przede wszystkim na właściwości całego materiału lub większej części przekroju, ponieważ obejmuje hartowanie i odpuszczanie.

Ślimak i cylinder to jedne z najważniejszych elementów układu uplastyczniającego wtryskarki. To właśnie w tym zespole tworzywo jest transportowane, podgrzewane, uplastyczniane, mieszane i przygotowywane do wtrysku. Jeżeli ślimak albo cylinder zaczyna się zużywać, problem bardzo szybko odbija się na całej produkcji: spada powtarzalność dozowania, pogarsza się jakość wyprasek, rośnie ilość braków, pojawiają się przebarwienia, niedolewy, smugi, problemy z ciśnieniem, niestabilny czas cyklu i większe zużycie energii.

W praktyce ślimaki i cylindry do wtryskarek pracują w bardzo trudnych warunkach. Mają kontakt z tworzywem, wysoką temperaturą, ciśnieniem, dodatkami ściernymi, włóknem szklanym, barwnikami, napełniaczami mineralnymi i czasem z materiałami o działaniu korozyjnym. To powoduje stopniowe zużycie powierzchni roboczych.

Matryce kuźnicze należą do najbardziej obciążonych narzędzi przemysłowych. Pracują pod dużym naciskiem, w wysokiej temperaturze, w kontakcie z nagrzanym materiałem i w powtarzalnych cyklach produkcyjnych. Każde uderzenie, docisk, kontakt z gorącym metalem i zmiana temperatury wpływa na powierzchnię roboczą matrycy. Po pewnym czasie pojawia się ścieranie, zatarcia, pęknięcia cieplne, ubytki, odkształcenia lokalne i pogorszenie jakości odkuwek.

W praktyce zużycie matrycy kuźniczej oznacza nie tylko koszt samego narzędzia. To również przestoje, konieczność regeneracji, ryzyko braków produkcyjnych, dodatkowa kontrola jakości, ponowne ustawienia procesu i straty wynikające z nieplanowanego zatrzymania produkcji. Dlatego firmy kuźnicze, narzędziownie i działy utrzymania ruchu szukają metod, które pozwalają wydłużyć trwałość narzędzi pracujących na gorąco.

Forma wtryskowa to jeden z najważniejszych elementów w produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych. To od jej jakości zależy powtarzalność detalu, dokładność wymiarowa, wygląd powierzchni, czas cyklu, stabilność produkcji i liczba braków. Jeżeli forma zaczyna się zużywać, problem szybko widać w produkcji: pojawiają się rysy, zadrapania, przywieranie tworzywa, pogorszenie powierzchni detalu, trudniejsze wypychanie, większa liczba poprawek i częstsze postoje.

W produkcji seryjnej forma pracuje w tysiącach, a czasem setkach tysięcy cykli. Każdy cykl oznacza kontakt powierzchni formy z tworzywem, nacisk, temperaturę, ruch elementów współpracujących, pracę wypychaczy, prowadzeń, suwaków, rdzeni i wkładek. Nawet bardzo dobrze wykonana forma może z czasem tracić swoje właściwości powierzchniowe.