Téma: technologie pro výrobu forem

Výroba forem probíhá obvykle zakázkovým způsobem v nástrojárnách, které mívají také své vlastní konstrukční oddělení, jež podle požadavků na finální výrobek příslušnou formu navrhne. K této práci se používá konstrukční a technologický software, který může obsahovat funkce usnadňující konstruktérům a technologům práci při jejím návrhu. Typickým příkladem takového softwaru je SolidWorks, který nabízí výkonné objemové i plošné modelování spolu s nástroji pro tvorbu plechových dílů, svařenců a forem. Existují však i vyloženě specializovaná komplexní řešení určená přímo pro nástrojárny. Mezi ně patří Cimatron, který nabízí širokou škálu specializovaných nástrojů a aplikací pro konstrukci a obrábění určených především výrobcům vstřikovacích forem, postupových a transferových lisovacích nástrojů. S jeho pomocí je možné rychle a kvalitně zpracovat i velmi složité projekty od nabídky až po finální dodávku.

V oblasti výroby nástrojů a forem dnes kralují pětiosá obráběcí centra, která umožňují produktivní a ekonomické komplexní obrobení těchto tvarově náročných obrobků a v mnoha případech mohou snížit potřebu časově náročného elektroerozivního obrábění. Příkladem mohou být obráběcí centra Hermle od velikosti C 400 U po C 62 U, která svou koncepcí zaručují stálou a dlouhodobou přesnost, což je pro výrobu dílů náročných na přesnost nezbytnou podmínkou.

Zajímavým strojem je vysokorychlostní pětiosé obráběcí centrum Mazak UD-400/5X-, určené speciálně pro obrábění forem a zápustek a vyznačující se vysokou přesností a mimořádnou dynamikou. Nová konstrukce lože a stojanu potlačuje vibrace při zrychlování a zpomalování. Výjimečný standard obrábění zajišťuje symetrická konstrukce a 16 teplotních senzorů pro stálou kompenzaci teplotních posunů. Chladicí systém vřetena a kuličkového šroubu minimalizuje vznik tepla během provozu.

Jinou možnost pro výrobu forem představuje použití horizontálních obráběcích center. Příkladem může být pětiosé univerzální obráběcí centrum DMU 65 H monoBLOCK od společnosti DMG Mori, které dokáže zkombinovat produktivitu a procesní spolehlivost horizontálního obráběcího centra s flexibilitou a ergonomikou univerzálního obráběcího centra. Jednodílná, značně tuhá termosymetrická konstrukce stroje s ustavením na třech bodech je základem pro vynikající frézovací výkon s maximální dlouhodobou přesností.

V nástrojárnách nacházejí široké uplatnění stopkové monolitní frézy, které se používají pro frézování složitých tvarů, dutin a tvarových vnitřních prostor. Široké spektrum nových materiálů si vyžádalo zavedení nových řezných geometrií a povlaků, rostou i požadavky na délku pracovního dosahu nástrojů. Tyto požadavky plně uspokojují nové řady fréz Seco JS520 a JS720. Množství operací je rovněž prováděno minifrézami, ať již klasickými drážkovacími, nebo rádiusovými, které společnost Seco nabízí ve čtyřech délkových řadách.

Společnost Iscar uvedla na trh nové typy monolitních karbidových stopkových fréz z nástrojové řady Multi-Master. Jde o frézy typů EOB (soudečkové), ELB (čočkové) a ETB (soudečkové kuželové), které jsou určeny pro pětiosé tvarové frézování, zejména pro polodokončovací a dokončovací operace v leteckém a medicínském průmyslu a pro výrobu forem a zápustek. Frézy se vyznačují velkým rádiusem na geometrii řezné hrany, díky němuž je možné použít větší axiální hloubku řezu. Obrobený povrch je mnohem hladší a nástroje mají delší životnost. Použitím nových typů fréz se sníží počet jednotlivých průchodů a zkrátí se strojní čas.

Novinkou společnosti Gühring jsou mikrofrézovací nástroje řady RF 100 Microdiver, které umožňují vysoce výkonné frézování a zanořování pod úhlem 60°. Jedná se o univerzální nástroje jak z hlediska aplikací, tak i materiálů, dovolující extrémní hodnoty řezných podmínek a hloubek řezu.

K hlavním technologiím ve výrobě forem a nástrojů patří také elektroerozivní obrábění, které lze používat k obrábění vodivých materiálů jakékoliv tvrdosti s přesností na tisíciny milimetru. Technologie elektroerozivního hloubení umožňuje realizovat prostorové obrábění ve 3D, především  náročné tvary jinými technologiemi nerealizovatelné, například uzavřené dutiny s vnitřními ostrými hranami, přesná hluboká žebra nebo extrémně tenké tvarové drážky. V této oblasti excelují například hloubičky Sodick, dodávané na náš trh společností Zenit. Bezvýplachová technologie zde umožňuje přesné obrábění za použití jediné elektrody, lineární pohony umožňují okamžitou reakci na změnu směru. Firma má ve svém portfoliu rovněž drátové řezačky, které umožňují řezat kalenou ocel, diamant, karbid nebo titan. Širokým portfoliem v oblasti elektroeroze disponuje i švýcarský výrobce GF Machining Solutions.

Lze prostřednictvím 3D tisku vyrobit celou formu? Určitě ano. V oblasti slévárenství se využívá možnost 3D tisku pískových forem, například technologií Voxeljet. Díky tisku formy rovnou ze 3D dat odpadá nutnost výroby modelů a jejich formování do písku, přičemž samotnou formu i celý licí proces lze snadno optimalizovat.

Technicky i ekonomicky zajímavou oblastí uplatnění kovového 3D tisku při výrobě forem je konformní chlazení. U forem pro vstřikování plastů se běžně používají vrtané chladicí kanály, které však s ohledem na tvarovou složitost dutiny formy často neumožňují dosáhnout jejího optimálního chlazení. Metodou 3D tisku lze vyrobit chladicí kanály sledující tvar dutiny, které poskytují rovnoměrnější rozložení teploty v dutině a tím i rychlejší chlazení nebo ohřev dutiny formy. Toto tzv. konformní chlazení umožňuje zkrácení výrobního cyklu až o 40 % a zvýšení rozměrové přesnosti plastových výlisků. Služby v této oblasti poskytuje například firma Innomia.

3D tisk postupně nachází uplatnění také při opravách forem. Zde může být zajímavé použití hybridních technologií. Společnost DMG Mori nabízí hybridní stroje Lasertec 65 DED hybrid a Lasertec 125 DED hybrid, které kombinují technologii pětiosého frézovacího centra s laserovým depozičním navařováním s práškovou tryskou. Ve stroji je tak možné na jedno upnutí odebrat materiál z poškozených ploch, dostavět chybějící materiál a ofrézovat na čisto.

Na povrch tvarové dutiny mohou být v souvislosti s designem výrobku kladeny nejrůznější požadavky. Jedná se například o vytváření různých textur, ať už v podobě pravidelných rastrů, nebo například imitací povrchu kůže či nejrůznějších popisů. V této oblasti se dnes uplatňuje laserové texturování, které plně nahrazuje dřívější chemické výrobní postupy a na rozdíl od nich vnáší do obrobku geometricky přesně definovanou strukturu povrchu, což zajišťuje 100% opakovatelnost výroby. Například stroje Laser S 1000 U a Laser S 1200 U společnosti GF Machining Solutions představují vysoce efektivní a plně digitální řešení, které umožňuje textury aplikovat na komplexní 3D tvary. 

Goliášem v této oblasti je laserový pětiosý texturovací stroj Lasertec 400 Shape od společnosti DMG Mori, jenž slouží k tvorbě struktur v tvarových dutinách forem s rozměry až 3 350 x 1 350 x 1 000 mm a hmotností do 20 000 kg. Nově vyvinuté otočné laserové hlavy zde umožňují i vytváření drážek.

V některých případech, například při výrobě transparentních výlisků, nemusí však být kvalita povrchu zhotovené textury dostačující. Pro tyto případy vyvinul Fraunhoferův institut pro laserové technologie ILT metodu laserového leštění trojrozměrných mikrostruktur ultrakrátkými pulzy (USP). Proces leštění následuje ihned po operaci texturování na tomtéž stroji.

Z technologických důvodů může vyvstat potřeba opatřit funkční povrch formy vhodnou povrchovou úpravou. Společnost SHM vyvinula PVD povlak Sigaan AL, který se používá například pro ošetření povrchu forem pro tlakové lití hliníku. Povlak zde zabraňuje nežádoucímu ulpívání hliníkové taveniny na povrchu formy, čímž snižuje nároky na servis a zvyšuje životnost nástroje.