Témata
Reklama

HSC obrábění rotačních obrobků

Nebývá příliš často zvykem, aby při řešení bakalářské práce spolupracovaly vzájemně řešitel (Mendelova Univerzita v Brně), uživatelé stroje (Toshulin) a dodavatelé nástrojů (Walter CZ, s.r.o). O jedné takové spolupráci a jejím výsledku vám přinášíme informaci.

Problematika vysokorychlostního obrábění nabývá stále více na významu, zejména v dnešní době. Důkazem rozvoje tohoto oboru je stále vyšší počet vyrobených strojů umožňujících obrábění při vysokých řezných rychlostech. Na začátku vývoje vysokorychlostního obrábění byla snaha o zkrácení výrobních časů. Vedle úsilí o zkrácení vedlejších časů nasazením stále rychlejších systémů výměny nástrojů, seřizování, programování atd., se projevuje snaha o zkracování hlavních časů při obrábění. Pokud jsou stroje dodávány s otáčkami vřetena například 10 000 min-1, neznamená to ještě, že jsou určeny pro vysokorychlostní obrábění. Aby se dalo hovořit o vysokorychlostním obrábění, musí být dosaženo určité řezné rychlosti, která je však různá jak pro obráběný materiál, tak pro různé operace. Můžeme například uvažovat pro různé obráběné materiály rozsahy řezných rychlostí podle obr. 1.

Reklama
Reklama
Obr. 1. Rozsahy řezných rychlostí definující HSC obrábění podle firmy Walter

Podle výzkumu ústavu technologie obrábění a obráběcích strojů na Technische Hochschule Darmstadt jsou hlavními charakteristikami vysokorychlostního obrábění tyto:

  • objem odebraného materiálu vzroste tři- až pětkrát;
  • pět- až desetkrát se zvětší posuvové rychlosti;
  • o 30 % klesají řezné síly, protože dochází k menšímu pěchování třísky, tzn. že podstatně klesá pasivní síla deformující obrobek, takže lze vyrábět tenkostěnné součásti;
  • významně klesá tepelné namáhání nástroje, protože téměř veškeré teplo je odváděno třískami a nepřechází do nástroje. Toto je obzvlášť výhodné pro obráběné materiály, které by se mohly vznikajícím teplem poškodit či deformovat;
  • při vysokorychlostním obrábění je dosahováno vysoké kvality povrchu;
  • snížené namáhání nástroje i stroje řeznou silou má za následek vyšší dlouhodobou přesnost obrábění;
  • obrábění při vysokých otáčkách znamená velmi vysokou budicí frekvenci nástroje, takže je velká pravděpodobnost, že obrábění probíhá mimo oblast kritických frekvencí soustavy stroj - nástroj - obrobek;
  • je možné používat jednodušší upínací zařízení, protože síly, kterým se musí odolávat, jsou nižší, než při užití klasické technologie.

Motivace pro HSC obrábění rotačních součástí

Ve firmě Toshulin, a. s., jsou se střídavým podílem úspěchu a neúspěchu prováděny testy s obráběním kalených i nekalených součástí (rotačních i nerotačních), které mají za cíl eliminovat z technologických postupů co největší podíl brousicích operací. Testy jsou prováděny za vydatné pomoci firmy Walter CZ, s. r. o. Vzhledem k rozsáhlé revitalizaci strojního parku Toshulinu a nasazení špičkové obráběcí techniky, zejména pak japonských strojů od firmy Mori Seiki (dodavatel fy Newtech) bylo při řešení zadání bakalářské práce logickým krokem spojit tyto firmy s cílem provést další testy za jejich laskavé pomoci.

Vzhledem k charakteru zadání bakalářské práce, jejímž jedním z bodů je vytipovat vhodnost součástí používaných ve stavbě obráběcích strojů ve společnosti Toshulin si autor zvolil rotační součásti typu vřetena (obr. 2), které firma používá ve svislých i vodorovných rotačních adaptérech. Vřeteno bylo kalené na 54-62 HRC (14220) s přídavkem na brousicí operace.

Pohled do pracovního prostoru stroje NL 3000 (Mori Seiki) s upnutým vřetenem

Bylo dohodnuto, že se bude postupovat obráběním kalené součásti jednak válcových ploch (plochy označené pozicemi 1 až 6 na obr. 3), jednak přerušovaným řezem přes šestidrážkový profil. Posléze bude proveden test obrábění součásti 14220  bez jakéhokoliv tepelného obrábění.

Kalená a nekalená součást použitá pro testy

Použité technické prostředky

Jako stroj bylo vytipováno obráběcí centrum NL 3000/Y s koníkem a revolverovou hlavou s 12 nástroji. Obráběcí centra s vodorovnou osou řady NL vycházejí z více než 35leté zkušenosti firmy Mori Seiki ve stavbě soustružnických strojů. Tyto stroje vynikají vysokou tuhostí a přesností. Jsou určeny pro široký sortiment obrobků. Vyrábí se pod typovým označením NL 1500/NL 2000/NL 2500/NL 3000. Na tomto stroji je aplikován princip BMT (vestavěný náhon rotačních nástrojů  pomocí přímého náhonu), což vede k tomu, že revolverová hlava se stává tuhou a vede to též ke zvýšení tuhosti spojení hlava - držák nástrojů. Tímto konstrukčním provedením se tuhost nástrojového držáku zvedla na 180 % původního řešení. Y osa má zdvih ±50 a ±60 mm (pro největší model). Skrz vřeteno lze prostrčit materiál o průměru 61-91 mm podle velikosti stroje.

Novou konstrukcí lože bylo dosaženo torzní tuhosti, která byla zvýšena o 100 % oproti předešlému modelu. Taktéž byly rozšířeny vodicí plochy pro lepší přenos zatížení z hlavních prvků (vřeteník, koník, suport). Stroj může být dodáván v provedení s hlavním vřetenem a protivřetenem anebo s koníkem. U vřetena byla zvýšena tuhost o 50 % proti předešlému modelu. Jako náhonový prvek vřeten je použit princip DDM (přímý náhon), samozřejmostí je jeho chlazení. Stroj je navržen tak, aby bylo eliminováno ztrátové teplo a nedocházelo k ovlivňování přesnosti práce stroje.

Firma Walter dodala pro obrábění následující vybavení: soustružnické nože DCLNR 2525 M12 a DCLNR 2525 M12 s tvrdokovovou podložkou, vyměnitelné břitové destičky CNMA120412 BBN33 S202, CNMA120408 BBN33 S202 a VBD_S-CNMN120412 STB30 S202 a sadu PK245-SET.

Jednalo se o vyměnitelné břitové destičky z kubického nitridu boru a povlakované nástroje s novým utvařečem třísek.

Měřicí přístroj, jenž by obsáhl potřebné požadavky změření obrobených ploch, je kruhoměr Rondcom 44 firmy Zeiss. Na tomto přístroji z roku 2010 byla také úspěšně provedena předávací měření vřeten broušených na nově instalované brusce na vřetena Grindor. Přesnost kruhoměru pod

1 µm zajistila objektivní proměření parametrů vřeten, kde kruhovitost ložiskových průměrů se pohybuje v hodnotách 1,5 μm, válcovitost 1,5 až 2,5 μm, souosost ložiskových válcových ploch mezi 1 a 2,5 μm.

Dále byly použity běžné měřicí přístroje pro měření tvrdosti (firma EQOU typ 2, firma Prominent) a digitální teploměr pro měření teploty povrchu obrobku (GTH 175/MO fy Greisinger eletronic).

Dosažené výsledky

Celkem proběhlo pět hlavních testů a v těchto bylo uskutečněno několik podtextů. Při zkoušení vyměnitelných břitových destiček se prováděla postupně přibližování k hodnotám HSC obrábění (testy č. 1 a 2,), abychom pak provedli obrábění za podmínek, které se mohou oprávněně nazvat  HSC obrábění (test č. 3). Poté bylo provedeno obrábění s přerušovaným řezem (test č. 4) a konečně zkouška nové VBD s utvařečem za podmínek HSC obrábění na tepelně nezpracovaném materiálu (test č. 5).

•1.       test

Byl použit řezný nůž DCLNR 2525 M12 s VBD CNMA120412 BBN33 S202. Obráběný průměr se pohyboval v rozmezí 80 mm, 79,6 mm, 79,2 mm, 78,8 mm a 78,4 mm. Řezná rychlost byla měněna v rozmezí 140 m.min-1, 180 m.min-1, 200 m.min-1, 300 m.min-1, 450 m.min-1. Posuv na otáčku byl nastaven na hodnotu 0,15 mm.ot-1 při hloubce řezu 0,2 mm. Dosažená drsnost povrchu činila Ra = 0,50, Ra = 0,48, Ra = 0,54, Ra = 0,59, Ra = 0,54. Teplota povrchu obrobku t = 25,2 stupňů Celsia.

Nejednalo se o HSC obrábění.

•2.     test

Byl použit řezný nůž DCLNR 2525 M12 s VBD CNMA120408 BBN33 S202. Obráběný průměr se pohyboval v rozmezí 97 mm, 96,6 mm, 96,2 mm, 95,8 mm. Řezná rychlost byla měněna v rozmezí 140 m.min-1, 180 m.min-1, 200 m.min-1, 300 m.min-1. Posuv na otáčku byl nastaven na hodnotu 0,15 mm.ot.-1 při hloubce řezu 0,2 mm. Dosažená drsnost povrchu činila Ra = 0,88, Ra = 0,89, Ra = 0,78, Ra = 0,97. Teplota povrchu obrobku t = 26,8 stupňů Celsia.

Nejednalo se o HSC obrábění.

•3.     test

Byl použit řezný nůž DCLNR 2525 M12 s tvrdokovovou podložkou, sada PK245-SET a VBD S-CNMN120412 STB30 S202. Obráběný průměr se pohyboval v rozmezí 97 mm, 96,2 mm, 96,6 mm, 95,8 mm. Řezná rychlost byla měněna v rozmezí 140 m.min-1, 180 m.min-1, 200 m.min-1, 600 m.min-1. Posuv na otáčku byl nastaven na hodnotu 0,06 mm.ot.-1 při hloubce řezu 0,2 mm. Dosažená drsnost povrchu činila Ra = 0,3, Ra = 0,24, Ra = 0,18, Ra = 0,27. Teplota povrchu t = 30,2 °Celsia.

Zde se jednalo se o HSC obrábění (obr. 4).

Obr. 4. Odebírání třísky při HSC obrábění rychlostí 600 m.min-1

•4.     test

Byl použit řezný nůž DCLNR 2525 M12 s tvrdokovovou podložkou, sada PK245-SET a VBD_S-CNMN120412 STB30 S202. Obráběný průměr se pohyboval kolem 99,9 mm. Řezná rychlost byla 130 m.min-1. Posuv na otáčku je nastaven na hodnotu 0,06 mm.ot.-1 při hloubce řezu 0,2 mm. Dosažená drsnost povrchu činila Ra = 0,49. Teplota povrchu obrobku t = 28,6 °Celsia.

Zde šlo o obrábění s přerušovaným řezem a bylo dosaženo velmi kvalitních výsledků.

Hodnoty válcovitosti (3,94 um) a kruhovitosti (2,8 um) dosažené na obráběném povrchu označeném č. 6 - viz obr. 3.

•5.     test

Byl použit řezný nůž DCLNR 2525 M12 s VBD-CNMG 120412-RP5 WPP10S. Obráběný průměr se pohyboval v rozmezí  50-90 mm. Řezná rychlost byla 600 m.min-1. Posuv na otáčku je nastaven na hodnotu 0,35 mm.ot.-1 při hloubce řezu 3 mm. Zde se jednalo se o obrábění surového materiálu 14220 za podmínek HSC obrábění. Stabilita řezu byla vynikající.

Závěr

Cílem příspěvku bylo seznámit čtenáře s podmínkami HSC obrábění a dosaženými výsledky u experimentu, který souvisí s řešením bakalářské práce na Mendelově Univerzitě v Brně. Dle předběžných úvah lze dosažené výsledky aplikovat při renovacích součástí i z oboru zemědělské techniky. Použití nového utvařeče a povlaku WPP10S umožňuje vyměnitelné břitové destičky nasazovat při větší řezné rychlosti a také posuvu. Tím se zlevní výroba a dojde k uvolnění strojní kapacity pro jiný druh obrobku. Břitovou destičku vyrobenou z CBN půjde použít jako náhradu  hrubovacích brousících operací s tím, že vřeteno bude mít pouze přídavek na finální brus. Popsaným technologickým experimentem se podařilo efekty plynoucí z HSC obrábění přiblížit do praxe. Na závěr děkuji všem firmám za poskytnutí zázemí a mediální pomoc.

Tomáš Marek - student, Mendelova univerzita v Brně , AF

doc. Ing. Vlastimil Chrást, CSc. - školitel, Mendelova univerzita v Brně, AF

prof. Ing. Jan Mareček, DrSc. - Mendelova univerzita v Brně, AF

Ing. Dalibor Kryl - Walter CZ s.r.o

edgar11@seznam.cz

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete zakoupit v digitální trafice PUBLERO.COM 

Reklama
Vydání #10
Kód článku: 111044
Datum: 20. 09. 2011
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
EMO Hannover 2013: část 8 - upínání obrobků

V tomto vydání se již naposledy v ucelené monotematické retrospektivě poohlédneme po loňském veletrhu obráběcí techniky EMO Hannover. Autor tohoto příspěvku se zaměřil na problematiku upínání obrobků. A co nového v této oblasti firmy nabízejí? Čtěte dále.

EMO 2011 Hannover, Část 7 - Soustružnické stroje

Veletrh EMO konaný v září 2011 v Hannoveru přinesl v oblasti soustružnických strojů širokou prezentaci mnoha různých řešení. Představila se kompletní světová špička i mnoho menších výrobců. Hlavními tématy v konstrukci soustružnických strojů jsou produktivita a přesnost. Především požadavek na vyšší produktivitu vede na integraci automatizace do všech typů soustružnických strojů a růst možností frézování poháněnými nástroji v revolverových hlavách.

EMO Hannover 2011 - Part 2. MM Award - ocenění pro nejlepší exponáty

MM Award, udělovaná časopisem MM MaschinenMarkt, je již mnoho let doprovodnou akcí řady veletrhů pořádaných na území Německa. Protože MM je značka s celosvětovou působností, jsou obdobná ocenění udělována na veletrzích i v dalších zemích, kde si časopis vydávaný s tímto logem vydobil renomé. V domovském Německu, mezi místními strojírenství znalými lidmi, MM Award udělovaná na EMO má rozhodně velkou prestiž, stejně jako EMO samotné.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Veletrh obrábění v novém pojetí

Máme za sebou (doufejme) vynucené období veletržního půstu. Mezi průkopníky, kteří se v oblasti strojírenství rozhodli nepříjemnou realitu téměř roku a půl změnit, patří společnost Ceratizit, která se svými partnery uspořádala v technickém centru třídenní akci nazvanou Veletrh obrábění. Pojďme se podívat, jak to zde vypadalo.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu automatizace obslužných procesů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.

Tlak na zvyšování produktivity a další faktory související s cenou práce či nedostatkem pracovní síly přiměly mnoho výrobců automatizovat své výrobní procesy. Většina obslužných procesů, jako je upínání, paletizace, kontrola kvality a další úkony (třídění, odvoz, balení), probíhá ve vedlejších časech.


I tyto procesy lze optimalizovat, zefektivnit anebo částečně automatizovat. Jaké produkty, systémy či služby zvyšující efektivitu obslužných výrobních procesů nabízí vaše společnost?

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se mimo jiné věnujeme tématu výroby forem. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.

S jakými trendy v oblasti výroby forem se setkáváte? Jaká nová řešení pro tento obor nabízíte a jaké výhody přinášejí?

Cena MM Award na EMO 2019

Také v roce 2019 došlo na udílení cen MM Award. Jedná se o oficiální a jediné ceny udělované na veletrhu EMO. Porota i letos vybírala z mnoha přihlášených exponátů, nejen německých výrobců. Do užšího výběru se jich dostalo jen pár, a nakonec bylo rozdáno pět hlavních cen v pěti kategoriích. S prázdnou neodešly ani firmy, jejichž produkty se ocitly na druhém a třetím místě. I v tomto roce došlo k jistému „posunu“ ve vnímání obsahu jednotlivých kategorií, a tedy i oceněných produktů. Pojďme se podívat na vítězné exponáty podívat jednotlivě. Je to lehký nástin toho, jak EMO vidí němečtí kolegové.

Jak vypadá skutečný průmysl 4.0

Výroba špičkové elektronické tlakoměrné techniky – tak stručně řečeno vypadá náplň činnosti buchlovické společnosti BS Sensors. Ke své činnosti firma pochopitelně potřebuje velmi kvalitní stroje. Proto (ale nejen proto) se rozhodli pro CNC soustružnická centra Hyperturn 45 a Hyperturn 65 od společnosti EMCO.

Měřicí přístroje a systém správy nástrojů

Máme-li přesně obrábět, je třeba kontrolovat nejen rozměry obrobků, ale i řezných nástrojů. K tomu slouží měřicí a seřizovací přístroje, které se používají ve výrobních firmách, nebo měřicí a kontrolní přístroje, které využívají především výrobci řezných nástrojů. Jejich předním světovým výrobcem je společnost Zoller, která má v Brně zastoupení pro Českou a Slovensku republiku. O rozhovor na tato témata jsme požádali Karla Suchnu, jednatele společnosti Zoller Czech, s. r. o.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Kroky k excelentní spolupráci akademické a průmyslové sféry

Pracovníci Ústavu výrobních strojů systémů a robotiky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně usilují o těsné sepětí školy s praxí, které nelze realizovat jinak než úzkou spoluprací s průmyslem. Transfer výsledků této praktické činnosti přenesený do některých částí výuky je potom zárukou, že studenti budou mít aktuální informace o stavu strojního průmyslu, vědy a techniky.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

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