Modulární stavba honovacích strojů získává na významu
Avšak ukazuje se, že po konečné montáži a při provozní teplotě vznikají značné odchylky díry válce od ideálního, ale i od vyrobeného válcového tvaru. Na základě tohoto poznatku bylo navrženo řešení, jak se vyvarovat předepnutí válce při montáži, dynamické a teplotní změně tvaru díry vzniklé při provozu motoru. Řešení spočívá ve výrobě díry válce speciálního nekruhovitého tvaru.
V současné době jsou v sériové výrobě bloky válců předepnuty přípravkem, tzv. honovacími brýlemi, aby vznikly co nejmenší deformace vyvolané montáží hlavy válce. Zkoušky ukazují, že toto řešení eliminuje deformace vzniklé provozem motoru pouze částečně. Navíc nutné úpravy upínače a seřízení stroje zvyšují značně provozní náklady.
Nové řešení spočívá v dosažení požadovaného tvaru díry válce nikoliv předepnutím celého bloku motoru, nýbrž použitím inteligentní strojní a nástrojové techniky, která umožňuje vyrobit potřebné (i nekruhové) tvary přímo při honování. Honování představuje poslední operaci při výrobě díry válce, a tím určuje vlastnosti povrchu díry válce (drsnost povrchu) a současně konečný tvar díry válce. Tedy přímo ovlivňuje množství emisí, spotřebu oleje a životnost motoru.
Základem volného honování je tvar díry
Současné honovací nástroje splňují požadavek vyrobit na honovacím stroji kruhovitý tvar. Základem pro volné honování je tvar obráběné díry zjištěný simulací nebo zkouškou. Příklad tvaru díry, včetně naměřených hodnot je na obr. 1a) a hodnoty naměřené v jednotlivých rovinách díry rozvinuté do roviny jsou na obr. 1b).
Pro dynamiku vlastního procesu obrábění jsou rozhodující především dosahovaná zrychlení a rychlosti, kterými může být měněn přítlak a radiální přísuv v závislosti na otáčkách vřetena a rychlosti zdvihu. Důležitá je také dynamická tuhost přítlačného přísuvového systému (obr. 2).
Kromě hardwaru, který určuje inteligentní strategii obrábění, jsou rozhodující také rostoucí nároky na řízení a regulaci celého systému. Za tím účelem byla vytvořena možnost přenášet data o tvaru díry válce do mapy výšek, která znázorňuje změnu přítlačného tlaku jednotlivých honovacích kamenů v závislosti na jejich poloze v díře.
Polohovací honování spojuje jemné vyvrtávání a hrubovací honování
Další novou metodou je patentované polohovací honování, které spojuje do jedné operace jemné vyvrtávání a hrubovací honování. Tato metoda neodstraňuje dokončovací operace, které se používají při opracování děr válců.
V současné době jsou na operace jemného vyvrtávání a hrubovacího honování kladeny velké nároky. Je to například velký úběr materiálu, kvalitní jakost obrobeného povrchu, úzké tolerance rozměrů a tvarů - těch musí být spolehlivě dosaženo v časových intervalech taktu výrobní linky, který činí méně než 30 sekund. Kromě těchto požadavků, jež vyžadují tuhé vřeteno i tuhý nástroj, je požadován úběr materiálu až 0,8 mm na průměr, což si vynutilo novou konstrukci kompletní honovací jednotky. Aby bylo dosaženo uvedeného úběru materiálu během taktu výrobní linky, který odpovídá asi 10- až 15násobku úběru obvyklého u konvenčního hrubovacího honování, je nutné použít vyšší řezné rychlosti a také vyšší rychlosti zdvihu, tj. vyšší rychlosti axiálního přímočarého vratného pohybu. Ze zkoušek je známo, že úběr materiálu roste téměř lineárně s rostoucí řeznou rychlostí.
Zesílením pohonů vřetena a mimořádně vysokou rychlostí zdvihu lze u polohovacího honování dosáhnout výkonu obrábění, který je u ostatních dokončovacích technologií nedosažitelný. Kromě vysokého úběru materiálu se dosahuje též kvalitativních rozměrů, tj. jakosti obrobené plochy a přesnosti rozměrů a tvaru.
Upnutí honovacího nástroje přímo do vřetena
Korekce polohy nástroje byla realizována krátkým tuhým upnutím honovacího nástroje přímo do vřetena stroje (obr. 3). Velký význam pro následné operace honování mají dosahované parametry kvality obrobené díry. Jedná se především o přesnost tvaru a o jakost obrobeného povrchu po hrubovacím honování. Obě hodnoty musejí ležet uvnitř daných rozsahů, aby bylo možné zařadit přímo následné dokončovací honování, bez dodatečných mezioperací. Proto musejí být jak parametry obrábění polohovacího honování, tak také konfigurace řezného prostředí voleny tak, že se dosáhne vysokého úběru, velmi malých úchylek tvaru a výborné jakosti obrobeného povrchu. Aby bylo spojení obou operací zajímavé nejen z hlediska technického, ale i ekonomického, nesmí být překročen daný rozsah polohy každého honovacího kamene. Spojení koncepce nových modulárních honovacích strojů a jejich vysokých rychlostí zdvihu s nově vyvinutými honovacími kameny umožňuje realizovat dosud nedosažitelné parametry úběru materiálu, kvality obrábění a vysoké trvanlivosti nástroje.
Nejrůznější současné konstrukce nástrojů a metody obrábění, jakož i požadavky na co nejkratší výrobní časy, vyšší ekonomiku obrábění a větší flexibilitu nasazení strojů vyžadují nové koncepce strojů. Nová řada honovacích strojů Powertrainhone je určena především pro obrábění automobilových motorů. Konkrétním cílem moderní výrobní techniky je modulární koncepce a adaptivně řízené strojní systémy, které na jedné straně mají výhody transferových výrobních linek a na straně druhé mohou provádět kompletní obrobení součásti v několika operacích na jedno upnutí (obr. 4).
Daný cíl zahrnuje také převedení všech známých metod obrábění na jeden typ stroje. Pomocí automatické výměny nástrojů je možné dokonce na jednom stroji provádět např. polohovací honování nebo honování rovinných ploch.
Z toho plynou nové požadavky na kinematiku jednotlivých metod obrábění. Je nutné dosáhnout především vyšší ekonomiky obrábění, vyšší řezné rychlosti a také vyšší rychlosti zdvihu honovacích hlav. Současně požadovaná dynamika honovacích jednotek s rychlostí zdvihu v rozsahu do 60 m.min-1 a zrychlením 3g je realizovatelná přechodem na moderní pohony. Odstraněním hydrauliky z celého systému stroje se dosáhlo úspor nákladů a malé spotřeby zastavěného místa (obr. 5).
Poprvé byly použity lineární motory
Jako náhrada pohonu kuličkovým šroubem byl u velkých honovacích strojů použit pohon lineárními motory. Tímto novým pohonem se dosáhlo rychlostí obrábění, které umožňují zdvojnásobit produktivitu práce a zkrátit časy honování. To jsou, současně s použitím řezného materiálu - diamantová zrna v kovové vazbě - faktory, které umožňují dosahovat výsledků obrábění dříve v praxi nemyslitelných.
Experimentálně zjištěná závislost mezi řeznou rychlostí a úběrem materiálu pro daný druh honovacích kamenů je na obr. 6. Během experimentu byla zvyšována ve stejné míře rychlost zdvihu honovací jednotky a obvodová rychlost nástroje, takže se dosahovalo stále stejného úhlu překřížení stop. Je jasně vidět lineární závislost mezi řeznou rychlostí a úběrem materiálu. Speciální kinematikou honování, tj. kombinací přímočarého vratného a rotačního pohybu nástroje v díře, kdy vzniká charakteristický úhel překřížení stop, se dosahuje rychlosti zdvihu odpovídající dané řezné rychlosti. Obvodová rychlost nástroje může být volena jen v úzkých mezích, protože úhel překřížení stop je většinou předem daný. Ve srovnání s konvenčními honovacími stroji je rychlost přímočarého vratného pohybu téměř trojnásobná a umožňuje zvýšit 2,5krát úběr materiálu.
Zvýšení rychlosti obrábění skýtá při stejné kvalitě obrábění velký potenciál ve snižování nákladů. V závislosti na tvaru obrobku je možné buď snížit počet použitých honovacích vřeten, nebo zvýšit výkon obrábění při stejném počtu vřeten.
Zdroj: MM Maschinenmark das Industrie Magazin, No. 1/2 2009,
Autoři originálu: Tobias Abeln, Gerhard Flores a Ulrich Klink
-VŘ-
info@mmspektrum.com