Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Aditivní výroba precizních nástrojů a upínačů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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
 

Další články

3D technologie
Nástroje pro obrábění / řezné materiály

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: