Témata
Reklama

Efektivnější obrábění díky lepšímu využití potenciálu řezných nástrojů

V dnešním silně konkurenčním prostředí je stále větší tlak na snižování konečné ceny produktu. Existuje v podstatě několik možných způsobů, jak v této soutěži s vlastní výrobou obstát. Jednou z nich je i efektivnější způsob výroby, a to při zachování nebo lépe zvýšení kvality obrobků. To samozřejmě platí i pro oblast výroby třískovými technologiemi obrábění.

Pavel Zeman

Odborný asistent a pedagog na Fakultě strojní ČVUT v Praze, kde získal inženýrský i doktorský titul. Od roku 2001 pracuje ve Výzkumném centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT), kde zastává pozice garanta témat výzkumu a spolupráce s průmyslem v oblasti technologie obrábění a vedoucího skupiny Technologie. Jeho odbornou specializací jsou zejména problematika obrábění těžkoobrobitelných materiálů, nové způsoby chlazení při obrábění a aplikace laserových výrobních technologií.

Efektivnějšího obrábění, resp. obrábění s menšími výrobními náklady lze docílit různými zásahy do výrobního řetězce – pořízením modernějších technologií, kompletní revizí výrobního postupu nebo třeba tokem materiálu a informací procesem. Ukazuje se však, že jedním z velmi účinných prostředků pro snižování výrobních nákladů s rychlým efektem je lepší využití potenciálu stávajících řezných nástrojů, případně nasazení nástrojů s vyššími dosahovanými parametry. Právě touto problematikou se dlouhodobě zabývají také pracovníci Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (Resarch Center of Manufacturing Technology – RCMT), které je organizační součástí Ústavu výrobních strojů a zařízení na Fakultě strojní ČVUT v Praze.

Reklama
Reklama
Efektivní frézování kalených materiálů

Cena za pořízení, správu a používání řezných nástrojů se v ceně konečného produktu odráží různým podílem. Nejvíce záleží na náročnosti a specifikách konkrétní technologie. Uvádí se, že u běžných typů výrob z běžných konstrukčních materiálů tvoří cena za řezné nástroje jen cca 4–6 %, zatímco například za procesní kapaliny to je cca 7–17 % nebo samozřejmě ještě více na provoz a údržbu obráběcího stroje. Tento poměr se však výrazněji mění, pracujeme-li s drahými nástroji, například nástroji s břity z kubického nitridu boru (KNB) nebo polykrystalického diamantu (PKD) nebo také s nástroji speciálními, zakázkovými. Větší podíl nákladů na nástroje můžeme také očekávat při obrábění specifických konstrukčních materiálů, jako jsou titanové a niklové slitiny, nebo ty nekovové, například kompozitní materiály s vláknovou výztuží. V případě obrábění těchto materiálů je totiž relativně úzká oblast podmínek obrábění pro dosažení požadované jakosti obrobků, objemu produkce, a to při alespoň uspokojivé životnosti řezných nástrojů. Nevhodné podmínky obrábění vedou k velkým ztrátám právě i na straně nákladů na pořízení, správu a používání řezných nástrojů. Náklady na nástroje se také výrazněji promítají do ceny obrobku v případě nárůstu sériovosti výroby.

Moderní unikátní nástroje pro produktivní frézování kompozitů

U uvedených typů výrob je, pro efektivní využívání nástrojů, obvykle spolu s počáteční volbou vhodných nástrojů třeba udělat dva základní kroky. Nejprve zvolit správně výchozí řezné podmínky na základě znalosti primárních vlastností daných řezných nástrojů (vlastnosti řezného materiálu a povlaku, i geometrie), a to buď např. na základě vlastních předchozích zkušeností ve firmě, znalostí dodavatele nástrojů nebo třetí osoby (nezávislého experta). Druhým krokem pak posléze je optimalizace již funkční technologie a volby nástrojů pro dosažení požadovaných efektů hospodárnosti nebo vyšší produkce. Jak již bylo naznačeno, lze se v obou zmíněných fázích obrátit na experty v oboru, mimo jiné tedy i na pracovníky centra RCMT, kteří dokážou využít svoje mnohaleté zkušenosti z oboru a různého spektra realizovaných výrobních technologií pro nezávislý a nezkreslený pohled na konkrétní problém.

Základní vlastnosti řezných nástrojů

Určení základních vlastností řezných nástrojů, ke kterým patří jistě samotná funkčnost nástroje (způsob utváření třísek a jejich odvod z místa řezu, tuhost nástroje atp.), dále odolnost břitů proti jejich opotřebovávání (neboli jejich potenciální životnost v řezu), velikost vznikajícího silového zatížení při obrábění anebo přesnost obrobku a jakost povrchu, je důležité nejen pro samotného výrobce a distributory řezných nástrojů, ale i pro koncové uživatele nástrojů – výrobce dílců. Zmíněné vlastnosti se určují prostřednictvím sérií testů. Dá se říci, že ještě ani dnes neexistují takové výpočtové a simulační přístupy, které by dokázaly plně definovat vlastnosti řezných nástrojů a jednotlivé vlivy na jejich chování stejně spolehlivě a přesně jako reálné testy nástrojů. Aby samotné testy měly dostatečnou vypovídající hodnotu s ohledem na uplatnitelnost dosažených výsledků v praxi, je třeba je realizovat podle určitých pravidel a zásad na provedení, jako je například znalost podstaty problému, dodržení správných a v čase konstantních vlastností procesní kapaliny, homogenita fyzikálních a mechanických vlastností obráběných vzorků atp.

Právě ve výzkumném centru RCMT jsou dlouhodobě dodržovány všechny nezbytné zásady a standardy pro testování řezných nástrojů. Za to mluví i více než 15letá úspěšná spolupráce s předními českými výrobci řezných nástrojů ve zmiňované oblasti. Vedle zkušených pracovníků je velkou výhodou také časová flexibilita a kvalitní strojní a přístrojová vybavenost. Za zmínku stojí například snímací a dokumentační technika, možnost aplikace vysokotlakého a velkoobjemového chlazení (do tlaku až 70 barů), možnost aplikace MQL (mazání minimálním množstvím maziva), výrobní stroje s vysokou dynamikou, vlastní vysokootáčkové přídavné pneumatické vřeteno pro mikroobrábění, anebo technika pro měření silových účinků při soustružení, frézování, vrtání či broušení.

Problémy s utvářením třísky při vnitřním soustružení

Základními testy nástrojů lze stanovit limity mechanického a tepelného zatížení nejen břitů, ale i celých nástrojů a nástrojových sestav pro možnost maximalizace využití jejich potenciálu v reálných aplikacích.

Přenos znalosti o chování řezných nástrojů na praktické realizace

Druhým a neméně důležitým a složitým krokem k optimálnímu nasazení nástrojů je správné použití řezného nástroje a využití jeho vlastností na konkrétním dílci. Aplikace základních vlastností získaných podle výše uvedeného postupu slouží v konkrétních aplikacích především pro nastavení „startovacích“ podmínek, za kterých bude možné dílec opracovat v požadované kvalitě a případně i čase. Často se ovšem vyskytují případy, kdy tyto prvotní podmínky nejsou optimální i s ohledem na minimum výrobních nákladů. Samotnou technologii a využití potenciálu nástrojů je tak třeba následně optimalizovat opět se znalostí chování nástrojů za určitých specifických podmínek. Jde především o případy, kdy se na užitné vlastnosti nástroje výrazně projevují sekundárními negativní vlivy výrobního procesu. K těmto vlivům patří například zhoršený odvod třísek z hlubších otvorů při vrtání nebo z dutin při frézování kapes, programovaná místa na obrobku s lokálním přetížením břitu (velký úhel opásání fréz, nevhodné nájezdy a výjezdy nástroje do/z řezu, lokální úseky se vznikem vibrací), změna mechanických vlastností obrobku v narůstající hloubce pod originálním povrchem dílce, systém upnutí obrobku a z toho plynoucí omezení, velké vyložení nástrojů, omezení na straně obráběcího stroje apod.

Vysokootáčkové přídavné pneumatické vřeteno se zpětnovazební regulací

Technologie na konkrétním dílci se dá s ohledem na šířku problematiky obrábění optimalizovat prakticky ve všech krocích výroby dílce – technologičnosti konstrukce, volbě typu technologie a samotného výrobního zařízení, nastavení stroje. Nedílnou a důležitou součástí tohoto řetězce je pak také jednoznačně optimalizace samotné strategie obrábění, přípravy NC programu a samozřejmě také volby řezných nástrojů a pracovních podmínek. I zde lze spoluprací výrobce dílců s pracovníky RCMT docílit výrazných úspor ve výrobě a efektivnějšího hospodaření s nástroji. Příklady změn, které vedly ke kýženým efektům u různých zákazníků, jsou například nasazení trochoidálních technik úběru materiálu, NC program s předpisem pro dodržení konstantních posuvových rychlostí nástroje, návrh nového řezného nástroje, změna řezné rychlosti a posuvu, změna VBD nástroje, změna povlaku břitu řezného nástroje.

Hluboké vrtání hliníkových slitin

Efektivní využívání řezných nástrojů je založeno především na úplných znalostech jejich vlastností a limitů, a to pro konkrétní typ výroby. Hlavním aspektem pro hodnocení by však měla být celková efektivita obráběcího procesu, tedy velikost celkových výrobních nákladů (náklady na stroj a jeho provoz, přípravu výroby a na řezné nástroje). Výzkumné centrum RCMT je v oblasti vlastního testování a optimalizace volby řezných nástrojů pro konkrétní operace dlouholetým partnerem jak pro koncové uživatele nástrojů, tak i pro jejich výrobce a dodavatele. Vlastní bohaté zkušenosti v této oblasti se zpětně odrážejí v kvalitě a efektivitě výstupů spolupráce.

Ing. Pavel Zeman, Ph.D.
RCMT, FS ČVUT v Praze
p.zeman@rcmt.cvut.cz

www.rcmt.cvut.cz

Reklama
Související články
Aktuální přístupy ke zvyšování produktivity třískového obrábění

V každé výrobní technologii neustále klademe nové požadavky na zvyšování produktivity, přesnosti, jakosti, efektivity, spolehlivosti apod. Produktivita je jedním z důležitých parametrů, na jejichž základě lze technologie mezi sebou srovnávat. Třískové obrábění si z pohledu produktivity neustále udržuje významné postavení, neboť je schopno zajistit všechny výše uvedené požadavky i pro velmi přesné dílce. Výše celkové produktivity a samozřejmě i ostatních parametrů je dána každým článkem z tohoto řetězce: zvolený nástroj – upnutí nástroje – řezné podmínky – upnutí dílce – zvolená strategie obrábění – NC kód (vazba na CAM a postprocesor) – možnosti stroje z pohledů parametrů pohonů a též jeho technologické konfigurace (multifunkčnost) – řídicí systém.

Upnutí obrobku ovlivňuje přesnost a produktivitu obrábění

Přesnost a produktivitu obrábění ovlivňuje mnoho faktorů. Svůj podíl na výsledku má typ a vlastnosti použitého obráběcího stroje, volba nástrojů a řezných podmínek, zvolená strategie obrábění a v neposlední řadě i způsob upnutí a vyrovnání dílce před obráběním. V některých specifických případech je volba upnutí klíčovým faktorem pro realizaci celé technologie v požadovaných parametrech.

Zvyšování energetické efektivity obráběcích strojů

Koncem roku 2016 byl zahájen projekt zaměřený na zvyšování energetické efektivity obráběcích strojů tradičního českého výrobce – Kovosvit MAS. Ve spolupráci s výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii – RCMT – byly započaty práce na vývojovém projektu, který si klade za cíl přistoupit komplexně k problematice energetické efektivity strojů.

Související články
Závěrečné oponentní řízení CK-SVT

V dubnu 2012 byl na půdě Fakulty strojní ČVUT v Praze oficiálně zahájen osmi letý projekt Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika v rámci dotačního programu Technologické agentury ČR. Projekt byl úspěšně ukončen ke konci roku 2019 a v červnu 2020 proběhlo Závěrečné oponentní řízení ve firmě TOS Varnsdorf, jednoho ze spoluřešitelů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Nástroje ve znamení podnikové mantry

Tento článek si klade za cíl představit zajímavé nástroje, z nichž některé se dokážou sami ohlásit k údržbě, některé se dokážou třeba i samostatně nastavit. Vše je inspirováno dnešní podnikovou mantrou jednoduché obsluhy, procesní spolehlivosti a úspory vedlejších časů a tím i nákladů.

RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů

Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

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.

Nový rekord v HPC frézování

Společnosti Chiron a Gühring, výrobce strojů a specialista na nástroje, společně dosáhly významného rekordu v oblasti vysokovýkonného frézování: 1 000 cm3 oceli (16MnCr5) bylo obrobeno za 60 sekund. To představuje úběr osmi kilogramů oceli za minutu. A také extrémní třískový objem v čase a enormní posuv.

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.

Vítejte v továrně budoucnosti

Závod na výrobu nástrojů, který provozuje společnost Sandvik Coromant ve švédském městě Gimo, byl Světovým ekonomickým fórem zařazen mezi vyspělá zařízení Průmyslu 4.0.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Nová buňka

Schwäbische Werkzeugmaschinen, expert v podnětných, obrobkově zaměřených výrobních systémech, rozšiřuje své portfolio třetí výrobní buňkou systému „Instaluj a pracuj“.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

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