Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Nová koncepce obrábění minimalizuje výrobní časy
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.
Nomenklatura: Automatizace, regulace

Nová koncepce obrábění minimalizuje výrobní časy

Nová koncepce obrábění pomocí kombinovaných nástrojů může vést k až 47% snížení výrobních časů, jak ukazuje příklad z automobilového průmyslu

Silný tlak konkurenční soutěže v oblasti automobilového průmyslu vede výrobce ke zvyšování produktivity a snižování nákladů při trvale vysoké jakosti zpracování. Tyto faktory byly rozhodující i při výrobě nového ramena pro zavěšení zadní nápravy u jednoho renomovaného německého výrobce automobilů, který si vytkl náročný cíl - obrábět ramena z relativně dobře obrobitelného hliníkového odlitku z pískové formy, z materiálu AlSi7Mg s tvrdostí od 70 do 100 HB, při výrobním času 200 s. U srovnatelných ramen pro dřívější modely činil výrobní čas 294 s.

Požadavky na obrábění

Na novém rameni je třeba obrábět čtyři tvarem a průměrem odlišná uložení W, H, G a V s tolerancemi průměru 0,05 mm a drsností Rz 16 µm. Dále se má vytvořit sedm neprůchozích závitů M8 na horní straně ramene ve dvou různých délkách závitu, jež mají sloužit pro upevnění lanka ruční brzdy, zástěrek a spojovací tyče. Kromě toho musí být na spodní straně vytvořeny čtyři vývrty se závitem M6 pro upevnění vedení ABS a senzoru pro regulaci světlé výšky. Přitom všechny vývrty se závitem musí být opatřeny válcovým ochranným zahloubením. Dalším krokem při obrábění je oddělení nálitku. Zadání, které obdržel výrobce nástrojů - firma JEL (Joh.+Ernst Link GmbH+Co.KG) -, obsahovalo požadavek, že celé obrábění má probíhat na pětiosém obráběcím centru se dvěma vřeteny ELHA HBZ-2-630 s výkonem pohonů 30 kW na vřeteno, horizontálním systémem vřeten a paletování s výrobním časem 200 s. Pro obrábění včetně nutných výměn nástrojů je však k dispozici pouze čas 190 s, protože výměna palet, jež trvá 10 s, je zahrnuta v výrobním čase.

Kombinované nástroje

Protože čas, který je pro celé obrábění k dispozici, je velmi krátký, je třeba počítat s každou desetinou vteřiny, jež by mohla být ušetřena v hlavním i vedlejším výrobním času. Dosavadní ramena byla obráběna v závislosti na typu pomocí minimálně 24 jednotlivých specializovaných nástrojů. Počítáme-li pro výměnu nástroje (vč. polohování) s cca 9 s, vychází čas na výměnu nástrojů 207 s, takže požadovaný výrobní čas 200 s takto nelze dodržet. Protože výměna nástrojů představuje největší podíl na vedlejším výrobním času, úvahy se velmi rychle zaměřily směrem ke kombinovaným nástrojům. Výsledkem návrhu technologie byl vývoj těchto osmi kombinovaných nástrojů:
• čtyři kombinované nástroje, každý pro obrábění jednoho ze čtyř uložení;
• jedna kotoučová fréza pro oddělení nálitku na dílu před obráběním;
• jeden tvářecí závitník z tvrdokovu pro tváření sedmi závitů M8;
• jedna úhlová hlava se stupňovým vrtákem pro základní otvory pro závity M6;
• jedna úhlová hlava se závitníkem z tvrdokovu M6 k vyvrtávání závitů M6.

Nástroje pro obrábění uložení

Jelikož každé ze čtyř uložení má vzhledem k rozličným funkcím specifické zvláštnosti, byl pro každé uložení vyvinut vlastní vyvrtávací nástroj, jímž lze vývrt provést v jedné průběžné operaci. Tyto nástroje jsou kombinované a umožňují až devět různých obráběcích operací. Jako příklad konstrukce je zde znázorněn vyvrtávací nástroj pro uložení H. Pískované základní těleso nástroje je z vysoce pevné oceli a je opatřeno upínacím kuželem HSK63. V základním tělese je umístěno po jedné řezné destičce z tvrdokovu pro čelní rovinné obrábění a sražení hrany vývrtu uložení. Na vrchu střední části jsou umístěny dvě řezné destičky s několika řeznými hranami pro vývrt uložení. Pro dosažení tolerance 0,05 mm na průměru uložení je nástroj opatřen čtyřhrannými řeznými destičkami s velkým úhlem čela (15°), které jsou stavitelné pomocí excentrického šroubu. V dalších dvou lůžkách destičky vespod střední části jsou uloženy dvě tvarové destičky, které slouží k dokončení vývrtu uložení. Přitom se zároveň vyfrézuje cirkulárním frézováním vnější rádius, zarovná se čelní strana a vytvoří se sražení 30° a 5°.
Aby odpadly další časy pro výměnu nástrojů, a tak byl výrobní čas zkrácen, obsahuje nástroj v úzké části hlavy dvě další lůžka pro uložení dvojice zvláštních řezných destiček. Těmito stavěcími destičkami se frézuje malá rovinná dosedací plocha na spodní straně ramene. Rovinné frézování této malé plochy se provádí pomocí páté osy dvojitého vřetena. Přitom proniká část nástroje se zvláštními řezacími destičkami do štěrbiny široké 50 mm mezi přípravkem a paletou. Na špičce kombinovaného nástroje je upnut stupňovitý vrták z tvrdokovu, jenž je upevněn pomocí upínacího šroubu v hlavě. Jeho pomocí se vrtá pět ze sedmi vývrtů pro závit M8 s válcovým ochranným zahloubením do horní strany ramene. Vývrty pro dva zbývající závity M8 mají menší hloubku a jiné ochranné zahloubení a provádějí se stupňovitým vrtákem, který je součástí kombinovaného nástroje pro uložení W.
Pro zabránění poškození vývrtu pro uložení na zadní straně, např. šponami, byly do osy tělesa z těžkého kovu zavedeny čtyři chladicí a mazací drážky. Těmito štěrbinami se řezy zaplavují silným proudem emulze, která hliníkovou třísku odplavuje ihned po jejím vytvoření, takže ve vývrtu nezůstávají žádné špony a nemohou se ani zachycovat na tělese. Nástroje pro uložení W a G jsou konstruovány podobně. Pomocí prvního nástroje je provedeno celkem sedm a pomocí nástroje pro uložení G devět jednotlivých operací.

Cirkulární frézování destičkami PKD

Kvůli nákladům byly všechny nástroje v první fázi zkoušek průběžně vybaveny otočnými řeznými destičkami z tvrdokovu. Přitom však nebylo možné požadovaného výrobního času 200 s dosáhnout. Vzhledem k tomu, že cirkulární frézování vývrtu uložení na zadní straně vyžadovalo nejdelší obráběcí čas, byly u kombinovaných nástrojů pro uložení H, G a W otočné řezné destičky nahrazeny polykrystalickými diamantovými řeznými destičkami (PKD) - obr. 4. Tím bylo možné zvýšit řezné rychlosti při hloubce řezu od 2 do 3 mm z 500 m.min-1 na 1000 m.min-1 a posuvy z 0,12 mm/z na 0,23 mm/z (z = 2). Z důvodů sjednocení řezných rychlostí byly dále otočné řezné destičky z tvrdokovu pro vyvrtávání vývrtů uložení nahrazeny otočnými destičkami PKD. Výsledkem přechodu na tyto tři kombinované nástroje bylo snížení výrobního času o 15 s na požadovaných 200 s, přičemž současně bylo dosaženo lepší jakosti povrchu, lepší stability rozměrů a značného zvýšení životnosti, takže došlo k podstatnému zlepšení spolehlivosti technologie.
Mezitím byla obráběna ramena sériově na čtyřech obráběcích centrech ELHA HBZ-2-630 s těmito kombinovanými nástroji, přičemž měsíčně bylo vyráběno cca 30 000 sad ramen, tzn. bylo kompletně obrobeno 30 000 levých a 30 000 pravých ramen. Životnost kombinovaných nástrojů pro obrábění uložení H, G a W je cca 45 000 dílů. Získané zkušenosti byly přitom tak dobré, že se započalo s dalším projektem kompletního obrábění podobně konstruovaného lichoběžníkového ramene (obr. 5). Dosavadní výsledky jsou stejně pozitivní jako u výše popsaného obrábění ramene poloosy. Firmu JEL zastupuje na českém trhu společnost SK Technik, spol. s r. o.
Ralf Pickenhahn, Dieter Trick

Další články

Automatizace, regulace

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: