Témata
Reklama

Efektivní výroba precizních závitů

Šrouby jsou i dnes v moderní době plné počítačů a kosmických technologií nejčastější strojní součástí a není snad stroje nebo zařízení, kde by se nevyskytovaly.

Funkční část šroubu tvoří závit, jehož chody jsou navinuty s určitým stoupáním kolem válcového jádra. Liší se svým profilem v závislosti na druhu použití. V drtivé většině případů se používají závity s pravým stoupáním, ojediněle z konstrukčních důvodů s levým. Šrouby a matice jsou normalizovány a jsou běžně dostupným artiklem v dostatečné kvalitě. Pokud jsou však závity pro šrouby předepsány konstruktéry přímo ve strojírenských součástech, je třeba je kvalitně s patřičnou přesností vyrobit. V některých průmyslových odvětvích kvalita závitů v součástech určuje funkčnost i bezpečnost celých zařízení.

Reklama
Reklama
Reklama

Tvářecí závitníky a závitové frézy

Některé technické učebnice dodnes znají jen klasické řezací závitníky. Vedle těchto klasických závitníků firma Gühring vyrábí nejmodernější nástroje v tomto oboru – tvářecí závitníky a závitové frézy, včetně multifunkčních závitových fréz s ostřím pro předvrtání a sražení náběžné hrany závitu.

Bohatý program závitovacích nástrojů je plně přizpůsoben současným požadavkům na precizní procesně stabilní nástroje. Tyto nástroje jsou vyráběny z nejnovějších optimálních řezných materiálů – z velmi kvalitních rychlořezných ocelí klasických i práškových. Další skupina těchto nástrojů se vyrábí ze slinutých karbidů vlastní výroby, optimalizovaných pro konkrétní použití v jednotlivých skupinách obráběných materiálů. Správně navržená geometrie a depozice optimálních tenkých vrstev pak předurčují dané nástroje pro konkrétní aplikace. Výběr příslušného typu závitovacího nástroje z rozsáhlého programu nepřeberného množství typů závitů usnadňuje systém kompasu. Ten směruje techniky pomocí přehledných barevně rozlišených tabulek a odpovídajícím barevným proužkům na nástrojích k rychlé orientaci ve skupinách obráběných materiálů a způsobu použití.

Obr. 1. Závitovací program

Klasické závitníky s řeznými hranami

Klasické závitníky jsou vyráběny v obrovské škále z rychlořezných ocelí a ze slinutých karbidů, také bez vnitřního chlazení i s vnitřním chlazením s centrálním kanálem nebo s radiálními výstupy, v provedení pro průchozí i neprůchozí závity strojní a ruční. Správnou funkci s patřičnou trvanlivostí zaručuje také depozice optimálních tenkých vrstev. Nejmarkantnější přínos z hlediska efektivnosti je rozdíl při nasazení závitníků ze slinutých karbidů proti závitníkům z rychlořezných ocelí. Praktické nárůsty produktivity a trvanlivostí jsou uvedeny na obrázku 2 a 3.

Obr. 2. Obrobek – ojnice z oceli C 70, závit M9x1,25, hloubka průchozího závitu je 15 mm, obrobeno na CNC obráběcím centru, upínač nástroje HSK 63 – synchro upínač, chlazení 8% emulzí. Původní závitník byl PM-HSSE s TiCN povlakem, řezná rychlost 15 m.min-1, trvanlivost 1 400 závitů. Nový závitník SK s TiCN povlakem má řeznou rychlost 50 m.min-1 a trvanlivost 9 000 závitů. Řezné parametry se zvýšily o 230 % a tím došlo ke zvýšení trvanlivosti o 540 %.


Obr. 3. Obrobek – kliková skříň, materiál vermikulární grafit GJV, závit M10, hloubka neprůchozího závitu 25 mm, obrobeno na CNC obráběcím centru, upínač nástroje kleština – tuhé upnutí, chlazení vnitřní axiální 10% emulzí. Původní závitník byl PM-HSSE s TiAlN povlakem, řezná rychlost 18 m.min-1, trvanlivost 6 000 závitů. Nový závitník SK s TiAlN povlakem má řeznou rychlost 40 m.min-1 a trvanlivost 100 000 závitů. Řezné parametry se zvýšily o 120 % a tím došlo ke zvýšení trvanlivosti o 1 550 %. (to je fakt o 1 550 %?)

Tvářecí závitníky

Tvářecí závitníky jsou nástroje pro beztřískovou výrobu vnitřních závitů. Závit vzniká tvářením za studena, kdy jednotlivá vlákna materiálu nejsou odřezána, ale povrch předvrtaného otvoru je přetvořen do závitového tvaru. Nástroje se vyznačují v příčném řezu polygonem, opatřeným závitovým profilem s patřičným stoupáním. Průměr předvrtaného otvoru je větší než pro řezací závitníky.

Výhody tvářecích závitníků je možné shrnout do následujících bodů: Při procesu nevznikají žádné třísky. Závity průchozí i neprůchozí mohou být vyráběny se stejným nástrojem. Je možné univerzálnější použití jednoho typu pro více skupin obráběných materiálů. Odpadá nebezpečí přeřezání závitu při výrobě. Odpadají chyby stoupání i stranová úhlová chyba závitu. Díky neodřezaným, ale naopak zhutněným, povrchovým vláknům od tvářecího procesu je únosnost závitu vyšší. Závity mají lepší kvalitu povrchu. Závitování je možné vyššími rychlostmi, přičemž tvařitelnost se u mnoha materiálů zvyšuje. To však nemá vliv na trvanlivost nástrojů. Nástroje jsou masivnější a stabilnější, nebezpečí zlomení se oproti řezacím závitníkům výrazně snižuje.

Také tvářecí závitníky jsou vyráběny ve velkém spektru z rychlořezných ocelí a ze slinutých karbidů, také bez vnitřního chlazení i s vnitřním chlazením s centrálním kanálem nebo s radiálními výstupy. Správnou funkci s vysokou trvanlivostí zaručuje také depozice optimálních tenkých vrstev. Nejmarkantnější přínos z hlediska efektivnosti je rozdíl při nasazení tvářecích závitníků ze slinutých karbidů proti tvářecím závitníkům z rychlořezných ocelí. Praktické nárůsty produktivity a trvanlivostí jsou uvedeny na obrázku 4 a 5.

Obr. 4. Obrobek – rameno nápravy z oceli 41Cr 54 s pevností 1 100 N.mm-2, závit M22x1,5, hloubka neprůchozího závitu 45 mm, obrobeno na CNC obráběcím centru, upínač nástroje HSK 100 – synchro upínač, chlazení vnitřní 2 MPa 8% emulzí. Původní závitník byl HSS-E s TiN povlakem, řezná rychlost 15 m.min-1, trvanlivost 900 závitů. Nový závitník SK s TiN povlakem má řeznou rychlost 30 m.min-1 a trvanlivost 6 000 závitů. Řezné parametry se zvýšily o 100 % a tím došlo ke zvýšení trvanlivosti o 550 %.


Obr. 5. Obrobek – kliková hřídel z oceli C38, závit M12x1,5, hloubka neprůchozího závitu 20 mm, obrobeno na transferové lince, jako upínač nástroje je použito vyrovnávací pouzdro, chlazení vnitřní 2 MPa 8% emulzí. Původní závitník byl HSS-E s TiCN povlakem, řezná rychlost 10 m.min-1, trvanlivost 3 000 závitů. Nový závitník SK s TiCN povlakem má řeznou rychlost 20 m.min-1 a trvanlivost: 20 000 závitů. Řezné parametry se zvýšily o 100 % a tím došlo ke zvýšení trvanlivosti o 560 %.

Závitové frézy

Tyto nástroje se již v základu odlišují od závitníků. Závitové frézy nemají profil závitu ve šroubovici s konkrétním stoupáním, ale závitové zuby jsou za sebou uspořádány s určitou roztečí T. Závity v obrobcích se zhotovují pomocí CNC cirkulárních závitovacích programů – šroubovou interpolací, tj. superpozicí kruhového a lineárního pohybu nástroje. Vzájemným různým složením těchto elementárních pohybů ve směru stoupání závitu a směru otáčení kruhového pohybu mohou být obecně vyrobeny odlišné závity.

Konečný konkrétní závit vznikne jako obalová plocha trajektorií rotačního pohybu jednotlivých zubů, které jsou při kruhovém pohybu nástroje plynule posouvány do materiálu ve směru stoupání závitu. Pro válcový závit je třeba jen jedna kruhová otáčka. Kuželové závity jsou složitější, jejich podoba vznikne díky čtyřem kruhovým otáčkám, během nichž je kuželové stoupání dovnitř závitu náležitě korigováno.

Výhody závitových fréz je možné shrnout do následujících bodů: Při použití závitníků větších průměrů stoupá potřebný příkon, při frézování závitů je potřebný příkon s ohledem na postupný úběr materiálu minimální. Třísky jsou velmi krátké, tzn. snadné čištění obrobků. S jednou závitovou frézou je možné zhotovit závity s rozlišným průměrem nebo s jinou tolerancí se stejným stoupáním. S jedním nástrojem lze vyrobit pravý i levý závit. Jedna geometrie nástroje pokryje více skupin obráběných materiálů. Hloubka závitu až do dna neprůchozího závitu je bezproblémová. Při poškození nástroje je možné závit snadno dokončit.
Mezi omezení této technologie patří limitovaná hloubka závitu s ohledem na patřičnou tuhost nástroje vzhledem k jeho délce.

Obr. 6. Závitové frézy jsou i ve speciálních provedeních podle konkrétních požadavků pro dané aplikace.

Závitové frézy jsou vyráběny ze speciálních jemných slinutých karbidů, s optimální geometrií a jsou opatřeny tenkými vrstvami podle nejnovějších trendů. Jsou pro vnitřní závity v jednoduchém provedení s krčkem nebo bez krčku, v kombinované verzi se zahlubovacím ostřím a také jako multifunkční nástroje – vrtací závitové frézy, s vnitřním chlazením nebo bez něho. K dispozici jsou i závitové frézy na vnější závity, také pro mikroobrábění a i pro aplikace v tvrdých materiálech.

Obr. 7. Příklad frézování závitů v ocelovém obrobku. Obrobek – rozvodné vedení vstřikovače paliva z materiálu 38MnSi5, závity M18x1,5 a M20x1,5, hloubka závitů 20 mm, obrobeno na CNC obráběcím centru, nástroj je upnut v tepelném upínači, chlazení vnitřní 8% emulzí. Nástroj je z SK – závitová fréza D14x1,5 s povlakem TiCN, axiální vnitřní chlazení, řezná rychlost 90 m.min-1, posuv na zub pro frézování závitu fz = 0,09 mm a trvanlivost je 3 000 závitů.


Obr. 8. Příklad produktivního frézování závitu v obrobku z hliníkové slitiny. Obrobek – převodová skříň z materiálu AlSi9, závit M22x1,5, hloubka průchozího závitu 20 mm s válcovým stupněm, fází a zahloubením, obrobeno na CNC obráběcím centru, upínač nástroje Wistle Notch HE, chlazení vnitřní 9% emulzí. Nástroj je z SK – speciální stupňová závitová fréza podle typu DTMC bez povlaku, řezná rychlost 300 m.min-1, posuv pro vrtání f = 0,2 mm.ot.-1, posuv na zub pro frézování závitu fz = 0,12 mm a trvanlivost je 40 000 závitů.

Závitové čelisti a upínací technika

Celý závitovací program zahrnuje také závitové čelisti pro vnější závity a veškerou upínací techniku – držáky, kleštiny, synchro-vyrovnávací držáky, rychloupínací pouzdra. Všechny závitovací nástroje Gühring jsou vhodné i pro aplikace s minimálním množstvím procesní kapaliny – MQL. Tyto aplikace jsou šetrné k životnímu prostředí. Některé součásti jsou při zhotovování závitů již ve finální podobě, jejich znečištění procesní kapalinou není možné. Odpadají náklady na pracné čištění již hotových dílů.

Obr. 9. Závitovací program

Pro posílení výrobních kapacit staví firma Gühring v Německu na zelené louce nový velký závod u městečka Treuen poblíž města Plauen přímo u dálnice A72. Jedná se již o desátý výrobní závod tohoto koncernu v Německu. Výroba se naplno rozběhne ve třetím čtvrtletí tohoto roku.

Obr. 10. Výstavba nového závodu u městečka Treuen v Německu

Dr.-Ing. František Plánička

Gühring
Frantisek Planicka
frantisek.planicka@guehring.de
www.guehring.de

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 120530
Datum: 15. 05. 2012
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Výrobce & zákazník = spolupráce2

Více než tři roky uplynuly od naší poslední návštěvy strojírenské firmy STT Servis v Dlouhé Loučce u Uničova. V rodinném podniku vedeném sourozenci Šárkou a Tomášem Ticháčkovými, jehož specializací je zakázkové CNC obrábění, se čas rozhodně nezastavil a my jsme s překvapením stanuli před výrobními prostorami, které za uplynulá léta prošly velkou změnou.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Související články
Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Nový utvařeč třísek

Neustále probíhající vývoj nové technologie povlakování, známé pod obchodním označením Dragonskin, pokračuje ve společnosti WNT vytvořením nové řady vyměnitelných břitových destiček pro soustružení s inovativní geometrií utvařeče třísky -XU. Zaměřením na tvarové a všeobecné soustružení řeší tento utvařeč mnoho problémů zejména v operacích, kde je vyžadováno dokonalé utváření třísky.

Nesousledné frézování

K výrobě zákaznických nástrojů neodmyslitelně patří rozvaha o životnosti a údržbě navrhovaných nástrojů. Její součástí je doporučení strategie obrábění včetně jeho smyslu. A to je zase přizpůsobeno konstrukčním možnostem obráběcího stroje. Konvenční stroje, které zajišťují posuv pomocí prosté soustavy šroub-matice, umožňují pouze nesousledný způsob frézování. Důvodem je obtížně odstranitelná vůle mezi šroubem a maticí. Ta by při volbě sousledného obrábění vedla v mezích této vůle ke vtažení obrobku pod frézovací nástroj a jeho jistou destrukci.

Patrick De Vos

Patrick De Vos se narodil v roce 1959 v Belgii. Už při studiu se věnoval oboru výrobní technologie. Po jeho skončení na škole zůstal ještě dva roky jako učitel a vědecký pracovník a věnoval se optimalizaci obráběcího procesu a výrobních technologií. Od roku 1983 pracuje pro Seco, kde vystřídal několik různých pozic. Od roku 2006 zastává svoji současnou funkci manažera výuky, kde je zodpovědný za vzdělávání zaměstnanců i zákazníků.

Cesty k vyšší energetické účinnosti v třískovém obrábění

Energie je stále dražší. Z analýzy spotřeby energie u obráběcích strojů a z návazného procesu obrábění je možné odvodit konkrétní závěry pro zvýšení energetické účinnosti a stanovit, co je základem pro optimalizaci nástrojů a procesu obrábění.

Rychlejší výměna nástrojových držáků

Výměna nástroje na stroji musí být provedena ve správný okamžik a rychle. Modulární rychlovýměnné systémy a technika polohování nástrojových držáků na stroji zjednodušují výměnu, čímž se zároveň zkracují vedlejší časy.

Produktivní a hospodárné obrábění vláknových kompozitů

S potřebou snižovat hmotnost výrobků při zachování jejich mechanických a dalších vlastností roste počet konkrétních aplikací pro použití specifických konstrukčních materiálů. Jedním z příkladů materiálů s rozšiřujícím se využitím jsou vláknové kompozitní materiály s polymerní matricí. Tyto materiály dnes již nejsou využívány výhradně v leteckém průmyslu, ale rozšiřují se dále například v oblasti automobilového průmyslu, energetice, stavebnictví nebo pro spotřební a sportovní zboží.

PKD a CBN nástroje

Nástroje s řeznými hranami z PKD (polykrystalického diamantu) a CBN (kubického nitridu boru) jsou obzvlášť vhodné pro opracování hůře obrobitelných a vysoce abrazivních materiálů. V těchto případech dosahují vysokých kvalitativních parametrů zároveň při velké efektivnosti, tj. enormních trvanlivostí spolu s vynikající kvalitou obrobených povrchů při extrémní procesní spolehlivosti.

Sputtering v oblasti moderního PVD povlakování

V současné době jsou vysoce výkonné povlaky vyráběny celou škálou metod. Proces magnetronového naprašování (sputtering) umožňuje kombinovat různé povlakovací materiály a přitom poskytuje optimální pružnost a tvrdost povlaku. Ukázal se tak velmi efektivním pro mnoho aplikací.

Výběr správného závitníku

Nejdůležitějším faktorem při jakémkoliv moderním obrábění je výběr nejvhodnějšího obráběcího nástroje pro danou aplikaci. Vzhledem k tomu, že nabídka závitníků umožňujících vytvoření závitu v obráběné díře je obrovská, může se nalezení správné volby jevit jako obtížné.

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