Témata
Reklama

Inovace a zvýšení produktivity obrábění v leteckém průmyslu

Svět se pod tlakem pandemie mění a s ním se mění i pohled na letecký průmysl. Kvůli těmto změnám je třeba pomáhat zákazníkům jejich výrobu nejen znovu rozbíhat, ale i optimalizovat. O to důležitější je pro firmu Gühring dívat se do budoucnosti a nepodléhat krizovým tendencím. Gühring je tradičním dodavatelem pro letecký průmysl, a to nejen u nás v České republice, ale i celosvětově.

Fréza RF100Ti. (Zdroj: Gühring)

Letecký průmysl se vyznačuje vysokými nároky a požadavky na nástroje, procesy i na používané materiály. Vyznačuje se mírou obrábění až devadesát procent. Ve světě průmyslu je obtížné najít jiné odvětví, které by mělo tak rozmanité požadavky na nástroje, jako letectví a kosmický průmysl.

Závitová vrtací fréza MTMH3-Z. (Zdroj: Gühring)

Důraz na neustálý vývoj

Na konstrukční prvky, které se v tomto odvětví používají k sestavování větších celků a ve výsledku celých letadel, jsou kladeny vysoké nároky na přesnou rozměrovou stabilitu a maximální kvalitu obrobených povrchů. Pro splnění všech těchto požadavků společnost Gühring vyvinula a neustále vyvíjí nové nástroje a nová řešení pro vysoce výkonné nástroje pro obrábění. Tyto precizní nástroje přinášejí úsporu nejen delší životností, ale hlavně svým přínosem pro stabilní proces obrábění. Nástroje jsou vhodné pro obrábění na CNC strojích, strojích konvenčních nebo i pro ruční obrábění, zejména pro vrtání a vystružování.

Reklama
Reklama

Obrábění vláknových kompozitů

Současným trendem v letectví jsou materiály z vláknitého kompozitu. Zde se pro méně namáhané díly používají sklolaminátové materiály (GFRP – Glass Fiber Reinforced Polymer) se zesílenými krátkými vlákny. Více zatěžované konstrukční součásti se zhotovují z kvalitních materiálů s uhlíkovými vlákny (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). Využitím této skupiny materiálů se optimálně využívá jejich potenciál pro výrobu lehkých konstrukcí. Avšak nekonečná vlákna i proces tváření, jež se využívají při výrobě těchto materiálů, staví výrobce nástrojů před nesnáze, které vznikají při obrábění. Tyto obtíže se kompenzují cílenými úpravami nástrojů právě pro tyto specifické aplikace.

Příklad nástrojů pro obrábění vláknových kompozitů. (Zdroj: Gühring) Pro frézování plastů se zpevněnými uhlíkovými vlákny jsou vyráběny nástroje s břity s polykrystalickým diamantem a ze slinutého karbidu, které jsou většinou opatřeny ochranným povlakem. Tato vrstva nebo i jejich vhodná kombinace velkou měrou přispívá ke zvýšení trvanlivostí nástrojů.

Nástroje eliminují delaminaci

Vývoj nástrojů není směrován pouze k delším trvanlivostem, ale také k maximální eliminaci tvorby delaminací při obrábění vláknových kompozitů. Nadměrná delaminace neznamená jen zvýšení podílu lidské práce pro její odstranění, pokud je ještě únosná, ale může také znamenat celkové znehodnocení obráběného dílce, či dokonce velkého celku. Z tohoto důvodu byla vyvinuta celá řada speciálních nástrojů, ať už ze slinutého karbidu včetně povlaků, nebo s polykrystalickým diamantem, které delaminaci nezpůsobují, případně ji minimalizují. Zejména jde vrtáky se speciální geometrií břitu a špičky. Na tyto nástroje navazují frézy, které jsou koncipovány tak, aby se mohly snadno zanořovat. Tyto frézy jsou opatřeny speciálním čelním výbrusem, který umožňuje frézování kolmo do materiálu, nebo zanoření jen do určité hloubky a vyfrézování kapsy. Tento typ fréz je velmi vhodný pro odfrézování i pouze některých vrstev obrobků z vícevrstvých kompozitů, kde se například kombinuje GFRP a CFRP.

Fréza FR100 pro frézování vláknových kompozitů. (Zdroj: Gühring)

Obrábění niklových a titanových slitin

V leteckém průmyslu se také hojně setkáváme s materiály ze slitin titanu a niklu. Jedná se o slitiny významné svou stálostí, pevností, teplotní odolností a v případě titanu také nízkou hmotností. Zejména niklové slitiny vynikají svou odolností proti nejrůznějším negativním vlivům, jimž jsou letecké komponenty vystaveny. Jejich obrábění je však velice obtížné. Pro aplikace v těchto materiálech firma Gühring vyvinula a samozřejmě dále vyvíjí nové nástroje, jejichž přednosti spočívají především v mikrogeometrii a speciálních tenkých vrstvách a jejich kombinacích.

Obrábění ocelí

Další skupinou konstrukčních materiálů, které se hojně používají v letectví, jsou oceli, především nerezové, žáruvzdorné a žárupevné. I v tomto případě je k dispozici velká škála nástrojů. Jedná se především o speciální nástroje, jak bylo výše zmíněno. Speciálním nástrojem však není myšleno jen to, že má jiný průměr, než mají katalogové nástroje, ale jedná se také o stupňové vrtáky, kde jednotlivé stupně vytvářejí díry o různých průměrech a také zároveň srážejí hranu na vstupu do díry. Samozřejmě jsou k dispozici i vrtáky s takzvaným zpětným srážením. To znamená, že když vrták provrtá materiál, následuje sražení hrany pomocí kruhové interpolace. To je zajištěno příslušným naprogramováním CNC stroje.

Stupňový vrták a výhrubník pro vrtání děr pro nýty. (Zdroj: Gühring)

Obrábění hliníkových slitin

Je možné říct, že hlavní skupinou materiálů v leteckém průmyslu stále zůstávají slitiny hliníku. Hliník a jeho slitiny vynikají především svou nízkou hmotností a snadnou obrobitelností, ale přitom i dostatečnou pevností. Mnoho konstrukčních prvků letadel se stále vyrábí ze slitin hliníku, ať už se jedná o odlitky, výkovky, nebo válcované bloky. Tyto konstrukční prvky mohou být malé, ale výjimkou nejsou i několikametrové bloky. V případě velkých dílců dochází k odfrézování a odvrtání značné části původního polotovaru, což klade nároky nejen na nástroje, ale i na obráběcí stroje. Vzhledem k vlastnostem tohoto materiálu probíhá obrábění při velmi vysokých řezných rychlostech a vysokých posuvech i úběrech. To také klade vysoké nároky na konstrukci nástrojů a jejich trvanlivost.

Vrtáky z rychlořezné oceli Aero-X

Jedním ze zajímavých příkladů nástrojů vyvinutých přímo na základě specifických požadavků zákazníka je vrták s označením Aero-X. Je to nástroj z rychlořezné oceli HSCO s 8 % kobaltu se speciálním povlakem a ideálně tvarovanou drážkou pro odvod třísek. Úhel špičky je 135° s křížovým výbrusem. Tento nástroj je vhodný pro použití nejen na strojích a zařízeních různých typů, ale hlavně velmi dobře funguje i při ručním vrtání, které je při montáži celků a vlastně i celých letadel nejčastějším typem obrábění. Tento vrták je samozřejmě vhodný pro spoustu dalších aplikací, nejenom pro letectví. Zároveň tyto vrtáky vynikají svou dlouhou trvanlivostí.

Výstružníky HR500T včetně upínačů. (Zdroj: Gühring)

V letectví je důležité i vystružování otvorů

V leteckém průmyslu se používá jedna velmi důležitá obráběcí aplikace – vystružování otvorů pro nýty. Prosté vyvrtání otvoru v součásti je pouze prvním stupněm toho, jak dosáhnout ideálního tvaru díry. Využití výstružníků pro dosažení požadovaných tolerancí je v tomto případě nezbytné. Výstružníky se zhotovují převážně ze slinutých karbidů, pro některé aplikace jsou však i dnes ideální variantou nástroje z rychlořezných ocelí. V převážné většině se jedná o nástroje speciální a téměř vždy mají v přední části vodicí průměr, který odpovídá průměru předvrtané díry.

Závitová vrtací fréza MTMH3-Z pro všechny materiály

Pro aplikace závitování v leteckém průmyslu je k dispozici široká škála závitníků a závitových fréz. Zde především vyniká závitová vrtací fréza MTMH3-Z, která je vhodná pro všechny druhy materiálů – u ocelí až do tvrdosti 65 HRc, kde s obecně doporučenými řeznými parametry dosahuje až o 90 % delší trvanlivosti, než je běžné u srovnatelných konkurenčních nástrojů. Jedná se o výjimečný nástroj, jehož hlavním znakem je to, že je levořezný.

Vzorový dílec, který je kompletně bez delaminací. (Zdroj: Gühring)

Důležité jsou standardní výkonné nástroje

Pro velké úběry materiálů při obrábění se používají i katalogové nástroje. Například frézy RF100A, které jsou k dispozici v několika variantách. Frézy s hrubovacím profilem jsou velmi výkonné při frézování různých vybrání a kapes, kdy je potřeba odebrat maximální možné množství materiálu za jednotku času. Ke dvěma základním variantám patří nástroje s povlakem Carbo a nástroje bez povlaku s leštěnou drážkou pro snadný odvod třísek i zamezení tvorby nárůstků na břitech.
Pro vrtání je ideální variantou vrták RT100Al, který má kromě speciální geometrie břitu také leštěnou drážku pro snazší odvod třísek.

Pro strojní vystružování jsou k dispozici také vysoce výkonné výstružníky HR500, a to ve variantách pro slepé i průchozí otvory. Jejich aplikace je možná v běžných konstrukčních materiálech i ve speciálních slitinách a v kalených ocelích do 63 HRc.


Příklad, jak by měl vypadat povrch díry po vrtání. Vlevo je CFRP s tkanou strukturou a vpravo se stejnosměrnou strukturou. (Zdroj: Gühring)

Oddělení Gühring Aircraft působí celosvětově

V leteckém a kosmickém průmyslu jsou kvůli snižování hmotnosti a zvýšení efektivnosti provozu stále více aplikovány materiály jako GFRP a CFRP, titan, slitiny hliníku a také zvláštní legované slitiny, například Inconel nebo Waspalloy. Ve velké míře se zde používají sendvičové materiály, jež jsou skládány z těchto materiálů v různých vrstvách a kombinacích. Obrábění těchto materiálů klade specifické požadavky na řezné nástroje, obráběcí stroje a celý výrobní proces.

Ve firmě Gühring je tomuto oboru věnována mimořádná pozornost. Celé speciální oddělení s názvem Aircraft s celosvětovými kompetencemi pomáhá při vývoji a návrhu jednotlivých řezných nástrojů a jejich aplikací. Jednotliví specializovaní prodejci a aplikační technici naslouchají zákazníkům a získávají od nich požadavky na nástroje, jaké na ně kladou specifické výrobní operace v tomto vrcholovém oboru.

Důležitou podporou tomuto oddělení je samozřejmě i centrální výzkum a vývoj disponující dostatečně dimenzovaným technickým zázemím pro vývoj optimálních řezných materiálů včetně vývoje a aplikací tenkých vrstev. Pro simulace a analýzy jsou k dispozici nejmodernější technické nástroje jako FEM, vysokorychlostní kamery i termokamery a také REM mikroskopy. Nechybí ani zařízení pro měření řezných sil během obrábění i nejmodernější zkušební stroje.
Výsledkem vývoje jsou jednotlivé špičkové nástroje, realizované také jako systémové nástrojové řešení pro komplexní obrábění.

Příklad delaminace po frézování. (Zdroj: Gühring)
Reklama
Vydání #11&12
Kód článku: 201124
Datum: 09. 12. 2020
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Na konstrukci záleží - maximalizace výkonu výrobní linky

V současné době moderních výrobních technologií požadují různá průmyslová odvětví rychlá a efektivní řešení pro hromadnou výrobu. Pro tento účel byly navrženy výrobní linky. Ty se skládají z několika zpravidla jednoúčelových strojů vybavených různými typy nástrojů pro různé obráběcí operace, jako jsou soustružení, vrtání, frézování anebo vyvrtávání. Každý jednotlivý stroj může být vybaven několika vřeteny s řeznými nástroji pro obrábění různých povrchů obrobku, což znamená, že současně může pracovat i několik desítek nástrojů.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

Doplňkový katalog nástrojů

Specialista na třískové obrábění, společnost Ceratizit, vydává svůj nový doplňkový katalog Up2date, v němž opět představuje inovované nástroje, produktové doplňky i zcela nová nástrojová řešení - mezi nimi i čtyřbřitý vrták WTX HFDS.

Čištění upínacích kuželů nástrojů

Při obrábění je zpravidla věnována značná pozornost kvalitě řezných nástrojů a také způsobu jejich upnutí. Již menší pozornost ale bývá věnována rozhraní upínací kužel - vřeteno stroje. Přitom právě upnutí nástrojové sestavy ve vřetenu obráběcího stroje výrazným způsobem ovlivňuje jak celý proces obrábění, tak i trvanlivost ostří, bezpečnost a v neposlední řadě také životnost upínačů i drahých vřeten strojů.

Produktivní obrábění velmi přesných válcových otvorů

Brněnská firma Final Tools s dlouholetou tradicí ve vývoji a výrobě obráběcích nástrojů ve spolupráci s plzeňskou ZČU ukončila vývoj nové nástrojové jednotky pro produktivní obrábění velmi přesných válcových otvorů, zejména v hydraulických komponentech.

Nástroje pro rychlejší a levnější obrábění CMC keramiky

Do středu pozornosti v oblasti nových konstrukčních materiálů se v současné době stále více dostává keramika se zesílenými vlákny (Ceramic Matrix Composites, CMC). Projekt společnosti Gühring, který probíhal ve spolupráci s Německým střediskem pro letectví a kosmonautiku (DLR), ukazuje, že s PKD nástrojem s monolitní hlavou v kombinaci s novou strategií frézování je možné významně zkrátit doby obrábění CMC materiálů a dosavadní finální operace broušení může dokonce zcela odpadnout.

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.

Kompaktní horizontální seřizovací přístroj pro Průmysl 4.0

Systémový dodavatel Kelch představil na veletrhu EMO v Hannoveru inovativní výsledky vývoje pro optimalizaci procesů, mezi nimi poprvé nově koncipovanou konstrukční řadu H3 z úspěšné série seřizovacích přístrojů Kenova set line.

Nové rozšíření řady WTX vrtáků

TK vrtáky typu WTX jsou již dlouhá léta stálicí na trhu. Pod produktovou značkou WNT nabízí Ceratizit Group prémiovou řadu vrtáků WTX z produktové kategorie Perfomance. Díky realizovaným inovacím se v nedávné době podařilo výrazně zvýšit výkonnost a životnost u řady vrtáků WTX Feed a WTX Speed. Do rodiny WTX vrtáků od ledna přibude další výjimečný a jedinečný nástroj, a to TK vrták se čtyřmi břity.

Nová buňka

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

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