Témata
Reklama

Aditivní výroba precizních nástrojů a upínačů

Mezi nejnovější technologické trendy současnosti patří aditivní výroba - 3D tisk. Tato technologie výroby zasahuje dnes téměř do všech oborů lidských činností. Dokážeme vytisknout například obytné domky, zdravotní pomůcky i celé náhrady, dopravní prostředky. Tato technologie nachází uplatnění i ve výrobě precizní nástrojů pro obrábění i jejich upínačů.

V této oblasti 3D tisk zatím určitě nenahrazuje a ještě nějakou dobu nebude nahrazovat běžnou sériovou výrobu z hlediska efektivity. Jsme totiž stále omezeni výrobními náklady koncového výrobku, které jsou při použití aditivní výroby v porovnání s klasickou výrobou velmi vysoké.

Reklama
Reklama

Aditivní výroba jako prostředek progresivních inovací

S ohledem na zmíněné skutečnosti slouží technologie aditivní výroby jako nástroj inovací pro splnění některých požadovaných specifických podmínek pro konstrukce nástrojů a upínačů. Nyní je možné provádět optimalizace v oblastech, které byly při klasické výrobě absolutně nedostupné. Použití aditivní technologie v našem oboru umožňuje:

  • implementace nových funkcí;
  • nové rozšiřování tvarových volností geometrických tvarů;
  • provádění důsledných topologických optimalizací;
  • snižování hmotností;
  • vytváření komplikovanějších optimalizovaných systémů kanálů pro vnitřní chlazení, obzvlášť pro extrémně štíhlé konstrukce;
  • konstrukci vodicích elementů pro usměrněný odchod třísek mimo obrobek;
  • vytváření zábran proti opotřebení těles nástrojů odcházejícími třískami.

Výroba kroužku pro fázovací systém FR90

Vrtáky HT800 s výměnnými břitovými destičkami lze doplnit o tvarově komplikovaný fázovací kroužek přizpůsobený svojí konturou spirálním drážkám těla vrtáku. Kroužky pro konkrétní jednotlivé velikosti se vyrábějí 3D tiskem a umožňují pak uživatelům nastavit efektivní hloubku vrtání vzhledem k břitu pro sražení vstupní hrany otvoru či větší fazetky, například pro vystružení nebo závit.

Fázovací systém FR90 se vyrábí 3D tiskem.

Frézování s řízeným odvodem třísek mimo obrobek

V automobilovém průmyslu je při obrábění dílů velmi častý požadavek na minimální znečištění obrobku odcházejícími třískami. Důvodem je, že pokud jsou vnitřní dutiny komplikovaných součástí – například hlav válců – po obrábění zaplněny třískami, je nutné tyto prostory nákladně pečlivě vyčistit, aby bylo eliminováno riziko budoucího poškození motoru vlivem eventuálního uvolnění nečistot během provozu.

Pro splnění těchto náročných kritérií byly pro rovinné frézování zkonstruovány frézy s PKD pájenými řeznými destičkami, které jsou z čelní strany doplněny speciálním kroužkem s označením Smart Cap. Tento kroužek je z důvodu své členitosti možné vyrobit pouze aditivní technologií. Jeho důmyslná konstrukce řízeně zasahuje až do mezibřitových prostor, kde mají jednotlivé tvarové části za úkol usměrňovat vznikající třísky mimo obrobek a také dostatečně chránit tělo frézy před vydíráním. Tyto efekty ještě umocňuje důmyslný systém chladicích kanálů, který vznikl v tomto kroužku rovněž metodou 3D tisku. Vyústění jednotlivých kanálů v každé zubové mezeře bylo optimalizováno tak, aby tepelné odlehčení řezných břitů bylo co největší. Provedení vyhovuje i pro aplikace s minimálním množstvím mazání – MQL. Další obrovskou výhodou je, že celý kroužek je možné při případném opotřebení velmi jednoduše vyměnit za nový, neboť je spolehlivě připevněn jen šrouby.

PKD fréza s ochranným kroužkem Smart Cap, který nejenže usměrňuje třísky mimo obrobek, ale i chrání tělo nástroje před vydíráním od utvářených třísek.

Vystružování s řízeným odchodem třísek

Vystružování děr je v technické praxi velmi důležitá disciplína. Při těchto operacích dostávají konstrukční otvory v obrobcích konečný rozměr i výslednou kvalitu povrchu. V sériových a hromadných výrobách není čas na oplach a odstraňování odebraných třísek, které při klasickém vystružování putují v proudu chladicí kapaliny proti směru pohybu v jednotlivých drážkách ven z obrobku. Tyto vyplachované třísky mohou za určitých okolností zhoršovat výslednou kvalitu povrchu. Pro eliminaci těchto nedostatků byla zkonstruována řada výstružníků s 360° uzavřeným prostorem pro třísky s velkým konstrukčním stupněm tvarové volnosti, s optimalizací výstupu chladicích kanálů při zachování maximální tuhosti. Tento prostorově velmi komplikovaný tvar je možné vyrobit pouze aditivní technologií.

Výstružník s 360° uzavřeným prostorem pro odvod třísek

Aditivní výroba v upínací technice

Aditivní výroba celých upínačů včetně upínacího kuželu je v současnosti velice nákladnou záležitostí a koncoví uživatelé by řádově násobné ceny těchto produktů určitě neakceptovali. Z těchto ekonomických důvodů se namísto čistě aditivní využívá výroba hybridní, kdy se na platformě HSK kužele s hydraulickým systémem v 3D tiskárně vytváří požadovaná nadstavba.

Jedním z příkladů aplikace této výrobní technologie je zeštíhlený hydraulický upínač pro malé průměry, který je velmi oblíben ve formařském průmyslu. Upínání stopky nástroje je v tomto případě řešeno patentovaným dvoukomorovým hydraulickým systémem. Při klasickém způsobu výroby by zde nebylo možné propojit hydraulický systém s vnitřním upínacím pouzdrem v přední části. Upínač má vynikající tlumicí vlastnosti nežádoucích kmitů, které vznikají při obrábění touto štíhlou nástrojovou soustavou.


Zeštíhlený hydraulický upínač pro malé průměry se vyrábí aditivní technologií

Upínací pouzdro s turboefektem

Druhým příkladem je výroba lopatkové nástavby k hydraulickému upínači pro upínání fréz při obrábění CFK materiálů, kdy vzniká obrovské množství prachu. Zvířený prach je sice odsáván velkým odsávacím zařízením uvnitř pracovního prostoru vlastního stroje, ale drtivá většina hned klesá, ulpívá na obrobku a vytváří zde nánosy. Na základě této analýzy byl stanoven úkol zkonstruovat lopatkovou nástavbu k hydraulickému upínači tak, aby již během frézování byl prach s třískami odváděn (odsáván) z místa řezu. Sekundárním efektem je, že obrobek je po dokončení obrábění kvazi čistý a není jej dále třeba pracně dočišťovat. Díky dokonalému odsávání turboefektem z místa řezu dochází i k razantnímu snížení teploty při obrábění, což umožňuje významně zvýšit řezné parametry.
Vývoj a výroba probíhaly v následujících krocích:

  • CAD konstrukce různých geometrií lopatek (rozteč a úhly naklopení);
  • CFD simulace proudění navržených variant;
  • 3D tisk vybraných variant;
  • reálné měření průtočného množství pro různé otáčky diferenciálním anemometrem;
  • praktické zkoušky obráběním – vliv odsávacího efektu při frézování CFK.

Výroba těchto pouzder probíhá aditivně, na platformě HSK kužele s hydraulickým systémem byly v 3D tiskárně vytvořeny oba zbývající komponenty zároveň – lopatky i upínací část s vnitřním pouzdrem.

Upínací pouzdro s turboefektem pro odsávání při frézování CFK materiálů

Příklady aplikací technologie aditivní výroby v tomto článku ukazují jejich pokroková řešení v oboru výroby precizních nástrojů pro obrábění i jejich upínačů. Vysoké náklady však v současné době nenahrávají širšímu uplatnění v sériové či hromadné výrobě. S ohledem na zmíněné skutečnosti slouží technologie aditivní výroby jako nástroj inovací pro splnění některých požadovaných specifických podmínek při konstrukci nástrojů a upínačů. Nyní je možné provádět optimalizace v oblastech, které byly při tradičním způsobu výroby absolutně nedostupné.

Gühring

Dr.-Ing. František Plánička

julie.uhlikova@guehring.de

www.guehring.cz

Reklama
Související články
Alternativa k aditivním technologiím

Kdo rychle potřebuje nějaký prototyp, tomu doporučuje výrobce strojů Röders z německého Soltau místo výroby s následným leštěním vyfrézovat model z celého bloku hliníku. "To jde mnohem rychleji," říká vedoucí prodeje Dr.-Ing. Oliver Gossel. Jak lze tímto způsobem vyrobit držák na mobil za 30 minut - a to dokonce s vysoce lesklým povrchem - demonstruje Röders na svém stroji RXP601 s použitím 6 mm diamantové frézy od firmy Horn.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Související články
Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Na evropské trhy s finanční podporou

První celoevropsky významná akce v oblasti strojírenství a subdodavatelské branže se v příštím roce koná na lipském výstavišti v termínu 2. až 5. března: veletrhy Intec a Z 2021. Také a možná právě v současných obtížných časech zde čeští vystavovatelé a návštěvníci mohou navázat důležité obchodní kontakty a informovat se o nejnovějších trendech a vývoji v oboru. Vystavovatelé z Česka navíc se státní podporou.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 2. Win Together

Podtitul veletrhu CIMT 2019 byl: 融合共赢 智造未来. Musíte uznat, že motto veletrhu je v této pro nás exotické podobě zahaleno značným tajemstvím. Dáte-li větu do automatického překladače, výsledná myšlenka zní: fúze a výhra. Jednoduchá slova, divný obsah - tento způsob nalezení významu věty opravdu není žádná výhra. Proto se o nápravu "ztráty v překladu" pokusíme v druhém vstupu z veletrhu, ve kterém se tentokrát podíváme i za technikou.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Obráběčská obec se opět sešla v Plzni

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní na ZČU v Plzni slaví letos 50. výročí od založení. K této příležitosti, mimo jiného, s Techmania science center a s partnery pořádala začátkem roku již osmý ročník úspěšné mezinárodní konference Strojírenská technologie - Plzeň 2019. Konference se nesla v duchu témat z oblasti metrologie, zabezpečování jakosti ve strojírenské výrobě, trendů technologie obrábění, nástrojů a řezných materiálů, technologické přípravy výroby a projektování, automatizace a dalších. Doplněna byla o doprovodný program věnující se problematice 3D kovového tisku.

Perspektivy čínského draka

Již několik let vám pravidelně v tomto čase přinášíme reportáže ze dvou klíčových strojírenských veletrhů celého asijského kontinentu, které jsou určitým barometrem srovnání postupného vývoje čínských výrobců obráběcích strojů a komponent, ale i pohledem na zvolené marketingové strategie nadnárodních společností při jejich penetraci na zdejší čínský trh – největší a nejprogresivněji rostoucí na světě. V lichých letech se v Pekingu v dubnu koná veletrh CIMT (China International Machine Tool Show), v sudých přibližně ve shodné době pak v Šanghaji veletrh CCMT (China CNC Machine Tool Fair). Aktuální postřehy z každého dne veletrhu jsme přinášeli prostřednictvím redakčního portálu mmspekturm.com a sociální sítě facebook, s tradičním komplexnějším pohledem na veletrh a čínský komoditní trh jako takový přicházíme nyní.

Příležitost pro české firmy v Lipsku

Již na začátku února 2019 mají české firmy opět možnost účastnit se za velmi výhodných podmínek na strojírenských veletrzích Intec a Z2019 v Lipsku, které se budou příští rok konat v termínu o měsíc dříve, než bývalo zvykem.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V dubnovém vydání jsme zástupcům vysokých škol a firem položili následující otázku:

Technologie roku 2018

Další z řady odborných seminářů společnosti Misan v jejím sídle v Lysé nad Labem s názvem Technologie roku 2018 se uskutečnil v únoru ve spolupráci se společností Tungaloy. Hlavními tématy byly automatizace výrobních procesů, monitorování a propojování výrobních strojů a systémů a představení nových výrobních zařízení, nástrojů a technologií, které pak byly následně předvedeny v praktické části semináře při ukázkách obrábění. Bonusem na semináři byla přítomnost chairmana a CEO Okuma Europe a Okuma America Corporation Takeshiho Yamamota a senior manažera z oddělení obchodu Okuma Europe Ralfa Baumanna, kteří poskytli MM Průmyslovému spektru exkluzivní rozhovor.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem 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