Témata
Zdroj: Walter AG

Ekonomicky výhodné obrábění hliníkových dílů

Před několika lety byly hliníkové části podvozku vyhrazeny pouze pro prémiový segment automobilového průmyslu. Čepy náprav, závěsná ramena a držáky kol pro střední a malá vozidla se vyráběly převážně z litiny nebo z kované oceli. To se za posledních několik let změnilo. Nejvyšší priorita při konstrukci vozidel je nyní co nejvyšší míra snižování emisí CO2. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je redukovat hmotnost vozidla. Snížení hmotnosti o 100 kilogramů představuje nižší spotřebu paliva o 0,3 až 0,4 litru. Také u elektromobilů, které jsou alternativou ke spalovacím motorům, je hmotnost vozidla klíčový faktor – čím je vozidlo lehčí, tím vyšší řadu akumulátorů lze použít. Materiály jako tvářené slitiny hliníku s nízkým obsahem křemíku nyní nacházíme ve vozidlech všech komerčních tříd stále častěji.

Fabian Hübner

Projektový manažer výroby dílů a přepravy ve společnosti Walter.

Spolu se změnami materiálů se mění také nároky na strojní obrábění. V porovnání s aktuálně používanými materiály vyžaduje obrábění slitin hliníku odlišné strategie, zejména co se týká vysokého tlaku na ceny a striktních požadavků na kvalitu a spolehlivost obrábění. Důležitou roli zde sehrávají použité nástroje. Mnoho automobilových výrobců se již s těmito požadavky obrátilo na společnost Walter z Tübingenu. Fabian Hübner, projektový manažer výroby dílů a přepravy, uvádí: „Slitiny hliníku jsou pro automobilový průmysl optimální materiál. Jsou lehké, poskytují dostatečnou pevnost a lze je obrábět řeznou rychlostí, která se zásadně liší od rychlostí používaných při obrábění tradičních litin nebo ocelí. To však neznamená, že jejich obrábění je snadné. Rizikový faktor pro stabilitu celého procesu představují především dlouhé třísky. Kromě toho se na ostrých břitech nástrojů mohou rychle vytvářet nárůstky materiálu. Za těchto podmínek mohou rychle vznikat potíže s dodržením zadaných tolerancí, montážních rozměrů a kvality povrchu. Vše tedy velice úzce závisí na kvalitě řezného nástroje a na volbě správné technologie.“

Hybridní nástroj Walter s vyměnitelnými břitovými destičkami (zde P2840) pro vrtání a válcové zahlubování a s pevnými PKD břity pro obrábění koncového průměru (válcové zahlubování a přesné vyvrtávání). (Zdroj: Walter AG)

Ekonomicky úsporné vyvrtávání složitých otvorů

Při výrobě součástí podvozku z hliníkové slitiny je jednou z největších technických a ekonomických výzev výroba otvorů. Zatímco předem tvářené otvory, například pro náboje kol, se často vyvrtávají, menší otvory, například na ramenech zavěšení kol, jsou naopak vrtány do pevného materiálu. Zohledněny musí být rovněž často velice složité tvary zahloubení vrtaných otvorů a velmi přísné požadavky na přesnost a na kvalitu povrchu. Menší otvory jsou ve většině případů určeny pro uložení kluzných ložisek a tlumičů. To vyžaduje víc než jen nastavení správného průměru otvoru. Přesně vyrobeny musí být například také definované rovinné plochy nebo kuželové části otvorů tak, aby vyhovovaly pro uložení pouzder ložisek nebo tlumičů v dalších fázích výroby. Ve výsledku se tak velice rychle můžeme dostat až na pět obráběcích operací.

Rameno s kónickým otvorem – pro výrobu kónických otvorů se často používají hybridní nástroje. (Zdroj: Walter AG)

Větší počet operací při obrábění jednoho otvoru vyžaduje specifický systém, který mimo jiné zohledňuje také časovou náročnost výměny nástrojů. Také zde pracujeme s rizikem, že se nezdaří splnit zadání a veškeré specifikace týkající se přesnosti, montážních rozměrů, lícování a kvality povrchu. Díky konceptu hybridních nástrojů nabízejí specializovaní výrobci, jako je společnost Walter, svým zákazníkům řešení optimalizované pro konkrétní zakázku, které je charakterizováno maximální spolehlivostí a výslednou kvalitou. A to se skutečně vyplácí. Slovo hybridní zde znamená, že tělo nástroje umožňuje provedení různých obráběcích operací a zejména dokáže fungovat jako několik nástrojů v jednom. Nejedná se zde však pouze o použití vyměnitelných břitových destiček různých tvarů. Hybridní nástroje pracují na principu propojení částí s vyměnitelnými břitovými destičkami a napevno pájenými PKD břity. Jedná se tak o spojení dvou odlišných typů nástrojů. Části podléhající rychlému opotřebení, jako například pro hrubování, jsou proto vybaveny vyměnitelnými břitovými destičkami, které si může snadno vyměnit zákazník sám, aniž by musel celý nástroj posílat na renovaci. Dokončovací obrábění s přesnými rozměry, minimálními úhlovými tolerancemi a striktními požadavky na kvalitu povrchu jsou naopak zajišťovány napevno pájenými PKD břity. Řezné nástroje z PKD jsou charakterizovány vysokou odolností proti opotřebení, a tím i vysokou životností. Hybridní nástroje se používají především pro vrtání do pevných materiálů a k výrobě otvorů kónických a válcových tvarů.

Brožura Nástroje na hliník

Rozšiřte si horizont výkonů

Vysoká účinnost díky řezné geometrii a hladkému povrchu

Kované a tepelně zpracované slitiny hliníku s obsahem hořčíku a křemíku jsou hlavním materiálem pro součásti, které se pro výrobu podvozků primárně používají. Práce s nimi obnáší vysoké požadavky na okraje břitu z důvodu jejich vlastností při obrábění. Během obrábění se na okrajích břitů vytvářejí nárůstky, které vedou k jejich rychlejšímu opotřebení. Z důvodu takto vznikajících změn tvaru břitu působí na součást během obrábění vyšší síly, a proto následně nelze dodržet zadané rozměry, úhly či kvalitu povrchu. Tvářené slitiny hliníku také často vytvářejí dlouhé a průběžné třísky, které výrazně ohrožují plynulost obráběcího procesu. Pokud tato rizika nejsou zohledněna, efektivita, jíž lze pomocí hybridních nástrojů dosáhnout, se výrazně snižuje.

Kombinovaný nástroj Walter s lamačem třísek. Laserem vytvořený tvar lamače třísek je klíčem ke spolehlivému obrábění. (Zdroj: Walter AG)

Kované a tepelně zpracované slitiny hliníku s obsahem hořčíku a křemíku jsou hlavním materiálem pro součásti, které se pro výrobu podvozků primárně používají. Práce s nimi obnáší vysoké požadavky na okraje břitu z důvodu jejich vlastností při obrábění. Během obrábění se na okrajích břitů vytvářejí nárůstky, které vedou k jejich rychlejšímu opotřebení. Z důvodu takto vznikajících změn tvaru břitu působí na součást během obrábění vyšší síly, a proto následně nelze dodržet zadané rozměry, úhly či kvalitu povrchu. Tvářené slitiny hliníku také často vytvářejí dlouhé a průběžné třísky, které výrazně ohrožují plynulost obráběcího procesu. Pokud tato rizika nejsou zohledněna, efektivita, jíž lze pomocí hybridních nástrojů dosáhnout, se výrazně snižuje.

Různé operace v jediném nástroji – tangenciální/radiální břitová destička P4460 slouží pro válcové zahlubování. Po nasazení původně tangenciálně umístěných vyměnitelných břitových destiček do radiální polohy lze využít až 4 + 4 břity. (Zdroj: Walter AG)

Díky vyměnitelným břitovým destičkám a ostrým břitům se snižují řezné síly, zatímco velmi hladké čelní plochy a speciální povrch dále snižují vytváření nárůstku na břitech. Vysoce hladký povrch těchto vyměnitelných břitových destiček nabízí malou plochu pro styk s materiálem. Takto upravené vyměnitelné břitové destičky proto mají výrazně delší životnost než běžné, neoptimalizované typy.

Vysoké hodnoty řezných parametrů a vysoká spolehlivost procesu

Hybridní nástroje společnosti Walter jsou koncipovány a vyrobeny pro aplikace ve specifických výrobních procesech. Samotné tělo nástroje proto již ve svém principu představuje speciální produkt. Vlivem vysoké produktivity, kterou přináší do procesu výroby, se investice do těchto nástrojů rychle vrací. Jeden ze zákazníků společnosti Walter, známá a renomovaná společnost, byl například během fáze vyvrtávání schopen dosáhnout řezné rychlosti vc přes 1 300 m.min–1 při posuvu fz 0,11 mm při vyvrtávání otvorů do ramena nápravy pomocí hybridního nástroje Walter. V následujících fázích vyvrtávání a přesného vyvrtávání poté byla vc 850 m.min–1 s posuvem na zub fz 0,12 mm.

Inovativní řešení – nástroj pro tangenciální i radiální vrtání

Walter nabízí nový speciální pětistupňový nástroj určený pro vrtání nábojů kol bez jakýchkoliv kompromisů v plnění striktních zadání v oblasti rozměrů a tolerancí. Pomocí téhož nástroje lze nejen vytvořit otvor o požadovaných rozměrech, ale také vyfrézovat rovinnou plochu a začistit otřepy z přední i zadní části otvoru. To je možné díky novým inovativním vyměnitelným břitovým destičkám, které se používají jak v radiálním, tak v tangenciálním směru. Kromě snížení nutnosti výměn nástrojů poskytuje nový vyvrtávací nástroj další výhody a možnosti úspor, a to díky použití exkluzivních vyměnitelných břitových destiček. V porovnání s hybridními nástroji používajícími pájené PKD břity již zde není nutné provádět renovaci nástroje. V případě opotřebení se břitová destička otočí nebo vymění. Všechny břity jsou stejné, nemůže tedy dojít k jejich záměně. Proto lze použít vždy čtyři a čtyři břity, a i v případě, že určitá vyměnitelná břitová destička již byla použita v tangenciálním směru, ji lze osadit do radiální pozice a naopak. Díky nové geometrii nástroje je chladivo nebo mazivo přiváděno přímo k vyměnitelné břitové destičce. V porovnání s kazetovým řešením používá vyvrtávací nástroj více zubů v řezu, což umožňuje zadání vyšších parametrů obrábění. Nástroj umožňuje dosáhnout řezné rychlosti vc 1 100 m.min–1 s posuvem na zub fz 0,5 mm; u vrtání 90° lze dosáhnout řezné rychlosti 700 m.min–1 s posuvem na zub 0,24 mm.

Související články
MM Podcast: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit