Další krok k bezobslužné výrobě

Výzkum univerzity Beihang zdůrazňuje „silný vztah mezi strategií údržby, plánováním výroby a kvalitou“ a s tím koresponduje fakt, že společnost Sandvik Coromant registruje sílící trend, v rámci kterého výrobci obráběcích strojů začleňují systémy monitorování procesů do moderních CNC strojů.

Společnost PricewaterhouseCoopers (PwC) ve své nedávno publikovaná zprávě Digital Factories 2020 report doporučila, aby „firmy k chytřejšímu rozhodování využívaly prediktivní analýzu a strojové učení“, přičemž 98 % dotazovaných výrobců podle této zprávy uvedlo, že očekávají zvýšení efektivity vyplývající z využívání prediktivní údržby. V současné době se podle agentury Markets and Markets očekává, že v oblasti monitorování výroby vzroste globální trh při souhrnné roční míře růstu (CAGR) 9,8 % ze 4 miliard USD v roce 2018 na 6,4 miliard USD v roce 2023.

V souladu s těmito trendy je předvídatelnost stále důležitější i v moderním soustružení ocelových součástí. Tomu odpovídá i stále omezenější lidský dohled ve světle nových podmínek pro bezpečnost sociálních kontaktů v továrnách. Je jasné, že bezobslužná výroba je cestou vpřed — toho však nelze dosáhnout bez schopnosti detekovat opotřebení nástroje a předcházet náhlým lomům.

K největším časovým ztrátám dochází v moderní průmyslové výrobě kvůli častým výměnám břitových destiček, přerušování výroby a hledání vhodných břitových destiček pro každou aplikaci nebo obráběný materiál.

Dosažení požadovaného počtu obrobených součástí za směnu může výrobcům ocelových součástí znemožňovat více faktorů, v neposlední řadě odolnost nástroje proti opotřebení. To platí zejména pro oblast použití ISO P15 a P25. Označení ISO P15 a P25 se vztahuje k požadavkům, které různé pracovní podmínky kladou na parametry obrábění. K nim patří hodnoty řezných parametrů, drsnost povrchu, hloubka řezu, předobrobený nebo neopracovaný povrch a spojitý, či přerušovaný průběh řezu.

Právě pro tuto oblast použití je příznačné, že karbidové břitové destičky s vynikající odolností proti opotřebení mají naprosto zásadní význam z hlediska podpory bezobslužné, nebo dokonce plně autonomní výroby.

Co však máme na mysli pod pojmem odolnost proti opotřebení? Existují různé typy. Nejdůležitější je například odolnost proti vzniku trhlin a lomům, podobně jako je břit schopný odolávat plastické deformaci v důsledku působení extrémních teplot. Povlak břitové destičky musí být také schopen bránit rozvoji opotřebení hřbetu, opotřebení ve tvaru žlábku a vytváření nárůstku na břitu. Klíčové je, aby povlak spolehlivě přilnul k substrátu. Pokud povlak dobře nepřilne, substrát není chráněn, což může vést až k jeho rychlému poškození.

Aby se ve vývoji opotřebení předešlo těmto jevům, je klíčové zajistit pravidelný, kontrolovatelný průběh opotřebení a eliminovat opotřebení, které je nepravidelné a nekontrolovatelné. Vzhledem k současnému trendu obrábění s omezeným nebo žádným lidským dohledem to není snadné – řada technologií však může být přínosná. Často je zmiňována prediktivní a preventivní údržba prostřednictvím inteligentního softwaru a senzorů, které mohou být „virtuálníma očima a ušima“ stroje, a podpora nabízející nejvhodnější doporučení vycházejí ze zhoršující se funkce a výkonu nástroje.

S pomocí senzorů tedy můžeme dosáhnout lepšího průběhu opotřebení, ale co nám umožňují lepší nástroje?

Při výběru lépe fungující břitové destičky bude ideální nástrojovou třídou taková, která zpomaluje rozvoj opotřebení a v případě některých operací mu brání ve vývoji úplně. Předvídatelný průběh opotřebení je přínosem zejména v případě bezobslužné a zcela autonomní výroby.

Pro dosažení minimálního opotřebení je nejdůležitější zvolit vhodnou karbidovou břitovou destičku schopnou poskytnout konzistentní a předvídatelnou funkci a výkonnost. Proto společnost Sandvik Coromant zařadila do své nabídky dvojici nových karbidových nástrojových tříd, GC4415 a GC4425, určených pro soustružení materiálů ISO P, které jsou obě navrženy tak, aby poskytovaly zvýšenou odolnost proti opotřebení, proti působení tepla a houževnatost.

Použití obou těchto tříd je ideální především pro obrábění nízkolegovaných a nelegovaných ocelí. Jsou schopné obrobit větší počet obrobků a přispívají k prodloužení životnosti nástroje – v režimu hromadné i sériové výroby.

Třídy GC4415 a GC4425– které, jak jejich název napovídá, jsou doporučeny pro oblast použití P15 a P25 – obě využívají technologii Inveio druhé generace. Technologií Inveio je u povlakové vrstvy z oxidu hlinitého dosaženo usměrněné krystalografické orientace, díky které získává jedinečné vlastnosti a kterou lze pozorovat při zkoumání materiálu na mikroskopické úrovni.

Všechny krystaly povlaku z oxidu hlinitého jsou vyrovnány ve stejném směru a společně tvoří odolnou bariéru proti podmínkám působícím v místě řezu. U povlaku Inveio druhé generace je orientace krystalů ještě podstatně vylepšena. To dodává břitové destičce ještě vyšší odolnost proti opotřebení a vede k prodloužení její životnosti – a může přispívat k předvídatelnému průběhu opotřebení.

Uživatelům společnosti Sandvik Coromant již třídy GC4415 a GC4425 přinesly značné výhody. Při použití břitové destičky ve třídě GC4425 se životnost nástroje v porovnání s konkurenční břitovou destičkou reálně zvýšila ze 150 vyrobených kusů na 270 kusů.

Další srovnávací zkoušky prováděl zákazník z USA působící v oblasti všeobecného strojírenství, který zjišťoval výkonnost třídy GC4415 ve srovnání s konkurenční karbidovou břitovou destičkou. Obě břitové destičky byly použity v sériové výrobě pro soustružnické a dokončovací operace na ocelovém obrobku s tvrdostí 330HB a výměna nástroje byla provedena v okamžiku, když byla zjištěna nevyhovující drsnost povrchu. Ve všech případech byla jako řezná kapalina použita emulze.

Konečné výsledky byly jasné. S břitovými destičkami GC4415 mohl zákazník téměř zdvojnásobit hodnoty řezných parametrů. Konkrétně řezná rychlost (v_c) s třídou GC4415 byla 280 m.min^-1oproti 200 m.min^-1 s konkurenčním nástrojem a rychlost posuvu (f_n) byla 0,15 mm.ot^-1oproti 0,1 mm.ot^–1.

Zákazník dosáhl výrazného prodloužení životnosti použitého nástroje a zvýšení produktivity. V konečném výsledku, než břitová destička SandvikCoromantGC4415 s technologií Inveio vykázala známky opotřebení, vyrobila 80 kusů, což je dvojnásobek ve srovnání s konkurenčním nástrojem, který dosáhl pouhých 40 kusů. To odpovídá zvýšení produktivity o 100 % a zdvojnásobení životnosti břitových destiček.

Vedle vylepšených nástrojů s břitovými destičkami ve třídách GC4415 a GC4425 rozšířila společnost SandvikCoromant svoji nabídku také v oblasti digitalizace. V rámci toho její specialisté úzce spolupracovali s výrobci obráběcích strojů, dodavateli cloudových řešení a společnostmi poskytujícími síťové technologie na vývoji vlastní digitální platformy CoroPlus zahrnující připojené nástroje a software.

Software odráží, jak se časy mění. Chtěla-li v minulosti obsluha stroje vylepšit výrobní procesy nebo zjistit opotřebení nástrojů, musela se spoléhat na své zkušenosti a instinkt. Dnes, s využitím nástrojů vybavených senzory, mohou vedoucí výroby v reálném čase automaticky upravovat, kontrolovat a monitorovat parametry svých obráběcích procesů.

Platforma CoroPlus již své přednosti při monitorování a ovládání nástrojů vybavených senzory prokázala. Tato platforma pomáhá optimalizovat procesy tím, že eliminuje výše uvedené „mrhání časem“ v moderní průmyslové výrobě, minimalizuje počty přerušení výroby potřebných k výměnám opotřebovaných nástrojů – včetně karbidových soustružnických břitových destiček – a snižuje počty zmetkových kusů.

Navíc v kombinaci s břitovými destičkami ve třídě GC4415 a GC4425 nebo jinými vylepšenými nástroji Sandvik Coromant je platforma CoroPlus nedílnou součástí podpory prediktivní údržby. Díky kombinaci vhodných softwarových systémů mohou výrobci prediktivně detekovat opotřebení nástrojů a zabránit jejich náhlým lomům.

Tím se otevírá nejenom cesta k výhodám bezobslužné výroby – vyšší bezpečnosti výrobních procesů, zkrácení prostojů a ochraně investic. Děje se tak způsobem, který, stejně jako studie univerzity Beihang, přímo spojuje prediktivní údržbu s konzistentní kvalitou produktu.