VÝROBA/OBRÁBĚNÍ
MODERNÍ PVD
POVLAKOVACÍ CENTRUM
www.mmspektrum.com/100909
SHM
Jak funguje služba moderního povlakovacího centra? Na tuto základní otázku
se snaží odpovědět tento článek. Nejde o odborný, technický popis PVD aj. technologií,
ale spíše o komplexní a logistický pohled na všechny činnosti, které takové centrum
musí zajišovat – jak může a musí fungovat vazba na zákazníka a obráceně tak,
aby byl zákazník se službou spokojen. Popis vycházející z praxe společnosti
SHM Šumperk vhodně doplňuje celkovou představu o moderně
fungujícím povlakovacím centru.
Na přínosy PVD povlaků na nástrojích a jiných substrátech si již uživatelé v našem průmyslu zvykli. Zvykli si také na to, že existuje poměrně široký sortiment povlaků, navíc
připravovaných odlišnými PVD technologiemi. Zvykli si i na to, že jsou nebo mohou být
značné rozdíly v cenách, kvalitě a reprodukovatelnosti PVD povlaků, jakož i v jejich dodacích termínech. Na co si naopak ještě nezvykli, je skutečnost, že služba povlakovacího centra může obsahovat i něco navíc než
samotný povlak. Se všemi zmíněnými faktory
totiž souvisí komplexnost služby povlakovacího centra, přičemž jde o to, jaké technologické kroky zahrnuje nebo může zahrnovat celá služba, jaká je organizace výroby, jaká je
kontrola, jak funguje obchodní služba včetně
logistiky distribuce a jaká je komunikace mezi zákazníkem a povlakovacím centrem.
Celý cyklus výroby je patrný ze schématu
na obrázku. Na tomto cyklu je možné ukázat, co zahrnují jednotlivé kroky a jaké jsou
na ně kladeny nároky.
Příjem a expedice
Celý proces příjmu, výroby, kontroly a expedice je nezbytné řídit vhodným řídicím a informačním systémem. Na příjmu a vstupní
kontrole, která je jeho součástí, jsou nástroje
či dílce zákazníka identifikovány a je jim přidělena technologie se všemi nezbytnými kroky. Výstupem je průvodka a plán výroby. Prů-
Úpravy před povlakem
Jako první technologický krok jsou voleny
úpravy nástrojů před povlakováním. V prvé
řadě to může být hrubé odmaštění nástrojů či odstranění některých hrubých nečistot –
jde spíše o ruční práci. Druhým krokem může být chemický způsob stahování starých
povlaků z nástroje. Tento krok se volí jen
v některých případech a může být navržen
jak zákazníkem, tak i centrem.
Další kroky předúpravy jsou mechanické úpravy, které mají za cíl odstranit některé
nečistoty z povrchů, ale především jsou to již
úpravy vedoucí ke zlepšení užitných vlastnos-
Schéma výrobního cyklu povlakovacího centra
vodky doprovázejí zakázku v průběhu celého
cyklu, zatímco plán slouží řídícím pracovníkům ve výrobě.
Příjem značně urychluje a zároveň zkvalitňuje systém dodacích či zakázkových listů dohodnutý se zákazníkem a případně využívání čárových kódů. K tomu je zapotřebí
úzké spolupráce a komunikace mezi zákazníkem a centrem. Celý proces sledování výroby pak vhodně doplňuje automaticky generovaná informace o přijetí zakázky, která
je zasílána zákazníkovi e-mailem. Zákazník
tak získává cennou informaci o své zakázce.
Součástí příjmu je i vstupní kontrola, která se
snaží odhalit problémové nástroje nebo nedostatky v doprovodné dokumentaci.
Vzhled břitů nástroje před a po úpravě omíláním v granulátu
110 | MM Průmyslové spektrum | 9 | 2010
Celý proces sledování průběhu zakázky
a jednoznačná osobní odpovědnost konkrétních pracovníků za dílčí kroky vede ke zkvalitnění celé služby.
Příklad provedení planetového držáku pro umístění
nástrojů do povlakovací komory
tí nástroje. Jde o různé způsoby ruční mechanické úpravy břitů a povrchů nástrojů pomocí abrazivních textilií, kartáčováním, suchým
i mokrým pískováním a omíláním v abrazivu.
Technologie mechanických úprav před povlakováním nástrojů dnes v různé míře používá např. v Německu více jak 80 % výrobců
nástrojů či povlakovacích center.
V povlakovacím centru ale musí být součástí těchto úprav i nějaký způsob ověřování reprodukovatelnosti. K tomu slouží běžná optická měření, elektronový mikroskop
a moderní optické měřicí přístroje pro měření zaoblení, nerovností břitů atd. Pro konkrét-
ní typy řezných nástrojů pak lze využít experimentálně ověřené optimalizace zaoblení břitů pro dosažení jejich maximálních užitných
vlastností. Stejně to platí i pro úpravy drsnosti
povrchů u některých nástrojů či dílců.
Mytí
Kvalitní mytí nástrojů před povlakováním je
nezbytnou podmínkou dobré adheze nanášených povlaků. Obecně lze říct, že všechny používané metody využívají mokré lázně,
ultrazvuk, mírně zvýšenou teplotu, kvalitní
oplachy a následné sušení. Přesto, že tyto
kroky jsou prakticky uplatněny ve všech mycích zařízeních a linkách, mohou se značně
lišit podle dosažené úrovně know-how, kvality technického vybavení, údržby a sledování všech pracovních parametrů, použitých
chemikálií a také podle způsobu sušení v závěru celé operace. Rychlé osušení nástrojů
má zásadní vliv na adhezi a případnou tvorbu „map“ na povrchu. Nejčastěji jsou používány jednokomorové myčky a ultrazvukové
linky. Výhodou jednokomorových systémů je
ekologie, produktivita, minimální vliv na pracovní prostředí a výborná reprodukovatelnost
technologie s možností automatického řízení
celého procesu. Výhodou ultrazvukových linek může být větší flexibilita a adaptabilita
na případy vyžadující individuální přístup.
Nakládání
Po procesu mytí následuje operace nakládání nástrojů do držáků. Pro zajištění rovnoměrného nanášení PVD povlaků je potřeba
s nástroji rotovat, a to v jedné, ve dvou nebo ve třech osách. Je nutné zároveň zajistit vodivý kontakt s držákem. Pro vytváření
nanovrstevných struktur je například nezbytná trojosá rotace. Také vzdálenost povlakovaných nástrojů od katod, ze kterých je materiál povlaku nanášen, hraje důležitou roli. Držáky samozřejmě pracují v procesu za
vysokých teplot do 600 °C. Proto i v tomto
zdánlivě banálním kroku celého procesu je
ukryto cenné know-how každého centra s přímým vlivem na kvalitu a reprodukovatelnost
výroby. Aby byl nástroj povlakován optimálně, musí centrum komunikovat se zákazníkem, upřesňovat způsob jeho použití a tomu přizpůsobit také jeho umístění a pohyby
v povlakovací komoře.
PVD proces
O různých metodách povlakování byla publikována řada článků i v tomto časopise. My se
zaměříme jen na logistiku a spolehlivost procesů. Pro povlakovací centra, která mají zajišovat velmi krátké dodací termíny a přitom
musí nabízet široký sortiment povlaků, je flexibilita povlakovacích zařízení a jejich vhodná
kapacita zásadní otázkou. Požadované dodací termíny jsou od 1 do 2 až 3 dnů. Nástroje mohou být z různých materiálů, jako např.
HSS či tvrdokov, na které se uplatňuje různý PVD proces. Nástroje mohou mít zásadně
vlastními silami, pokud má centrum vlastní
výzkum a vývoj, nebo v kooperaci s dodavatelem zařízení, který takovou službu nabízí.
Příklad menšího PVD povlakovacího zařízení Pi111
s velkou flexibilitou a krátkými procesy
odlišný geometrický charakter, který znemožní povlakovat je ve stejném procesu. Požadavky na různé typy PVD povlaků se mohou
značně lišit podle aplikací a případně specifických požadavků zákazníka nebo až koncového uživatele. Také požadavky na tloušku
povlaků mohou být různé, přestože existují
určitá obecně platná doporučení.
Všechny tyto požadavky znamenají zajistit dostatečný počet povlakovacích zařízení
s menší až střední kapacitou, optimalizovat
způsoby nakládání do držáků, optimalizovat délky procesů a zajistit rychlý, ale kvalitní
průběh nástrojů celým cyklem výroby.
PVD povlak se stává službou jen ve spolupráci
povlakovacího centra a zákazníka.
U povlakovacích zařízení se tedy klade
především nárok na velkou flexibilitu, což
v praxi znamená možnost připravovat velkou škálu povlaků bez větších zásahů do zařízení mezi jednotlivými procesy. Povlakovací
zařízení musí být řízeno plně automatickým
způsobem s dokonalou kontrolou všech parametrů procesu. Údržba zařízení musí být
jednoduchá, rychlá a snadno kontrolovatelná. Musí existovat dlouhodobá i okamžitá
podpora HW i SW, což znamená přítomnost
techniků nebo zajištění vzdáleného přístupu
k diagnostice zařízení.
Pro dlouhodobé udržení technologie na
stejné úrovni a možnosti uplatnění nových
poznatků v PVD technologiích musí existovat
možnost modernizace a technologické podpory povlakovacího zařízení. To se dá zajistit
Kontrola
Zkontrolovat kvalitu PVD povlaků není snadné, ale z výrobního hlediska není nutné provádět do detailů pro každý technologický
proces. V případě kvalitního sledování procesních parametrů je vhodné měřit v zásadě
pouze adhezi a optický vzhled. Na adhezi
má vliv prakticky každý krok celého výrobního cyklu, proto je vhodné ji měřit pravidelně
na speciálních vzorcích vložených do procesů. Vizuálně jsou kontrolovány všechny povlakované nástroje. Pro určité aplikace je
doporučeno měřit v běžné výrobě i drsnost
povlaků.
Jinak se v určitých intervalech měří všechny důležité vlastnosti PVD povlaků – tlouška,
drsnost, adheze, tvrdost, složení a případně
se provede ověření řeznou zkouškou. Taková
měření pak slouží k dlouhodobému sledování stability nastavených parametrů celého
procesu, mohou sloužit jako podklad ke kalibraci povlakovacích zařízení nebo jako certifikát pro zákazníka. Nezbytné vybavení pro
taková měření představuje velmi dobře vybavenou laboratoř – kalotest, scratch test,
Rockwell, drsnoměr, mikrotvrdoměr, optické
mikroskopy, elektronový mikroskop se sondou EDX, metalografickou laboratoř, zkušební CNC obráběcí centrum atd.
Výstupem běžné i mimořádné kontroly je
vždy protokol či záznam z informačního systému, který může případně doprovázet zakázku.
Expedice
Na konci celého cyklu stojí expedice povlakovaného nástroje. V této etapě se musí ověřit všechny výstupy z výroby a kontroly, provede se ještě zběžná vizuální kontrola, nástroje
se zabalí do vhodných obalů a připraví se nezbytná dokumentace. Příprava dokumentace je automatizovaný úkon, který byl nastartován během příjmu a doplňován průběžně
během výrobního cyklu v informačním systému. Zákazník je závěrem také informován
e-mailem o odeslání zakázky. Pokud systém
funguje takto automaticky, urychluje opět
průběh celé zakázky.
Závěr
Povlakovací centrum není jen povlakovací
zařízení. Povlakovací centrum musí zajišovat, a to v logisticky dobře zorganizovaném
systému, větší škálu úprav a kontroly a musí především komunikovat se zákazníkem,
případně s koncovým uživatelem povlakovaného nástroje či dílce. Jen tak lze dosáhnout optimálních výsledků a navíc uspokojit zákazníka termínově a reprodukovatelnou
kvalitou nabízených služeb.
RNDR. PAVEL HOLUBÁŘ
ROMAN JANKŮ
9 | 2010 | MM Průmyslové spektrum | 111
Download

MODERNÍ PVD POVLAKOVACÍ CENTRUM