Témata
Reklama

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

Vzhledem k rostoucímu trhu v oblasti proudových motorů v leteckém průmyslu jsou potřeba účinné technologie pro výrobu komponent těchto motorů. Přitom vyhovět rostoucím ekonomickým a ekologickým požadavkům neustále kladeným na toto odvětví lze pouze soustavným a systematickým zlepšováním používaných technologií. Další vývoj k tomu potřebných žárupevných materiálů a přechod k lehčím konstrukcím charakterizovaný používáním tenkostěnných součástí přivádí klasické třískové technologie k jejich technickým i ekonomickým výkonovým hranicím. K zajištění růstu účinnosti proudových motorů a také ke snížení spotřeby paliva jsou neustále zmenšovány mimo jiné také výrobní tolerance součástí těchto motorů.

Aktuálním těžištěm výzkumu na WZL RWTH Aachen je výroba tvarových drážek stromečkovitého tvaru v součástech rotoru. V rámci ICTM Fraunhofer-Gesellschaft v kooperaci s RWTH Aachen University byl zahájen výzkum aktuálních problémů výroby u výrobců turboagregátů i obráběcích strojů. Cílem výzkumu je cenově efektivní a vysoce kvalitní výroba součástí používaných v turboagregátech. Výřez typické součásti pro turbíny s tvarem obráběných drážek je znázorněn na obrázku dole.

Reklama
Reklama

Obrábění materiálů na bázi niklu elektroerozivním drátovým řezáním

Tvarové drážky v součástech motorů slouží zpravidla k montáži turbínových lopatek, které na rozdíl od kompresorových lopatek musejí být vnitřně chlazeny, a proto nemohou být vyrobeny z jednoho kusu.

Pomocí elektroerozivního drátového řezání je možné, nezávisle na šířce spoje nosné konstrukční části, obrobit lineární tvary těchto drážek s nejmenšími geometrickými úchylkami maximálně 5 µm, při střední hodnotě drsnosti povrchu Ra = 0,8 µm a výšce součástky v největším uspořádání až 50 mm. Čistě technicky vzato, je sice možné konvenčně obrobit plochu s daleko lepší drsností až Ra = 0,1 µm. Avšak z pohledu zvyšujících se požadavků na hospodárnost výroby je nutné omezit co nejvíce počet řezů. Elektroerozivním obráběním lze splnit tyto požadavky pouze třemi řezy.

Vývoj vhodné hrubovací a dokončovací technologie (pracovní podmínky a počet řezů) pro opracování nových žárupevných materiálů provádí WZL der RWTH Aachen Grundlagenforschung. Řešení je zaměřeno na optimalizaci integrity povrchu i na zlepšení hospodárnosti zvýšením rychlosti řezání (řezné rychlosti). Na tomto základě vznikla spolupráce mnoha výrobců obráběcích strojů a výrobců elektroerozivních strojů, jakož i výrobců filtrů a dalších příslušenství obráběcích strojů. Cílem bylo zkrátit dobu vývoje a získané mnohostranné poznatky použít v praxi. Obrázek na následující straně ukazuje příklad výsledků výzkumu technologií pro elektroerozivní drátovou řezačku typ U6 H.E.A.T. výrobce Makino. V tomto případě se zkoumalo opracování materiálů na bázi niklu z hlediska zjištění optimálních pracovních podmínek pro dokončovací řez, aby se minimalizovaly ztrátové časy a zlepšila se jakost opracovaného povrchu.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů součástí turbin elektroerozivním řezáním drátem

Výhody oproti klasickému obrábění

Základní výsledky výzkumu z elektroerozivního řezání drátem ukazují, že volbou správně zvolených parametrů generátoru je možné zmenšit tloušťku bílé vrstvy na méně než 1 µm. Podstatné výhody oproti klasickému obrábění skýtá elektroerozivní řezání drátem zejména při vyřezávání filigránských tvarů do těžkoobrobitelných materiálů. Nejdůležitějším hlediskem při řezání je hospodárnost. První řez se provádí do plného materiálu, proto je rychlost řezání ve srovnání s dokončovacím řezem pomalejší – zvýšení řezné rychlosti však přímo vede k růstu hospodárnosti. Druhý řez připravuje plochu obrobku pro dokončovací obrábění. Proto je nutné při zvětšení řezné rychlosti prvního řezu dávat pozor, aby efektivita dokončovacího řezu nebyla snížena ztrátou přesnosti řezání. Řezná rychlost obecně je na jedné straně silně závislá na nastavených parametrech generátoru, energii a frekvenci výbojů, avšak podstatně také na principu vyplachování a na mezeře mezi drátem a obrobkem v místě řezu. Podmínky vyplachování v místě řezu představují základní požadavek při obrábění součástí, jako jsou rotory turbín. Dokončovací řez závisí na předchozích řezech, jež jej ovlivňují. Jeho vliv na hospodárnost je pouze nepodstatný. Na čas obrábění má podstatný vliv celkový počet řezů. Jakost obrobeného povrchu je ovlivněna volbou optimálních pracovních parametrů a zmenšením velikosti tepelně ovlivněné oblasti.

Segment obvodu rotoru turbíny s tvarovými drážkami

Vysoká preciznost a přesnost polohování součásti

Pro zvýšení hustoty (počtu) soustavy lopatek ve vysokotlakém stupni turbíny motoru musejí být nosné části rotoru turbíny nutně zmenšeny. Drážky pro vložení lopatek v rotoru musejí mimo jiné přesně dodržet úhel sklonu. Při obrábění součástí klasickými technologiemi, jako je například protahování, dochází ke značnému zatížení obrobku a tím k možné deformaci částí tenké konstrukce. Zde skýtá elektroerozivní drátové řezání jako téměř bezsilové obrábění vhodnou alternativu. U konvenčních strojů pro elektroerozivní drátové řezání je odvíjení drátové elektrody, která představuje nástroj, uspořádáno vertikálně. Je sice možné naklonit drátovou elektrodu v rozsahu ±15°, avšak na vrub zhoršených podmínek vyplachování elektrolytu v pracovní mezeře. Pro dosažení vyšší produktivity byl ve spolupráci s firmou Makino und Hirschmann JS vyvinut otočný a sklopný stůl.


Metalografické výbrusy krajní oblasti řezu po obrábění Inconelu 718 na elektroerozivní drátové řezačce Makino U6 H.E.A.T. a skica principu postupné polohy řezů
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Použitím víceosého otočného a sklopného stolu se značně zjednoduší manipulace s obrobky. Tak lze například vyřezat s vertikální drátovou elektrodou šikmý úhel drážky, rovněž je možné celý proces obrábění automatizovat. Rotace součásti kolem osy umožňuje otočit obrobek automaticky o úhel dělení (rozteč) do další polohy. Technologie vyvinutá speciálně pro takovéto případy použití obsahuje přídavné čerpadlo a trysky směřující do pracovní mezery – tím se zlepšilo vyplachování a zvýšila se produktivita.

Pro tento způsob použití je potřebná vysoká preciznost a přesnost polohování součásti. Technické parametry otočného stolu:

  • nejmenší dělení 0,001°
  • přesnost polohování ±10 s (závisí na použitém systému měření)
  • přesnost otáčení <0,005 mm
  • přesnost rotace rotační osy 0,005 mm.
Dvouosý otočný stůl na elektroerozivní drátové řezačce Makino U6 H. E. A. T. pro výrobu tvarových drážek součástí turbín

Materiály na bázi titanu a niklu

Dalším výsledkem vývoje jsou nové technologie pro opracování žárupevných materiálů, těžkoobrobitelných materiálů na bázi titanu a niklu speciálními přídavnými zařízeními. Firma Makino proto vyvinula přídavnou generátorovou jednotku. Tato zajišťuje vyšší využití energie v prvním řezu a umožňuje zvýšit řeznou rychlost. Bylo nutné vyvinout nové drátové elektrody, které jsou kvůli změně chemického složení a většímu průměru při vyšší síle proudu nutné. Geometrická přesnost, jakož i zlepšení integrity povrchu jsou nyní součástí dalšího vývoje. Vývoj je rovněž zaměřen na snížení oblasti vznikající bílé vrstvy a na zbytková napětí, obě položky jsou pro elektroerozivní proces fyzikálně důležité.

MM MaschinenMarkt č. 45, 2017, str. 32 až 34

Poznámka zpracovatele:
Přední světový výrobce řezných nástrojů vyrobil pomocí aditivní technologie frézu, jejíž těleso má vhodně umístěné a tvarované dutiny. Dosáhl snížení hmotnosti o 80 % a možnost zvýšení řezné rychlosti a výkonu při obrábění těžkoobrobitelných materiálů. „Duté nástroje“ jsou u nás předmětem vynálezů AO 250 078 Nástroj pro třískové obrábění, AO 251 342 Břitová destička, AO 251 574 Nástroj pro třískové obrábění a Španělského patentu č. 549 902.

Autor: Fritz Klocke, Gregor Smeets a Andreas Klink, zpracoval: J. Řasa

jar.rasa@seznam.cz

Reklama
Související články
Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

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.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Související články
Automatizace lidem práci nebere

Automatizaci se ve firmě Kovosvit MAS věnují od roku 2013. Z původního projektu vznikla samostatná divize MAS Automation a na letošní rok má plánované téměř dvojnásobné tržby oproti roku 2017. V porovnání s plánovaným obratem celého Kovosvitu jsou tržby divize zatím nevýznamné, ale průměrný růst divize o dvě třetiny ročně dokládá, že automatizace má v podniku ze Sezimova Ústí zelenou.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

V nejisté době je univerzálnost řešením

Automatizace průmyslových procesů řeší problémy s nedostatkem kvalifikované pracovní síly, nahrazuje fyzicky namáhavou či zdravotně škodlivou činnost, snižuje chybovost lidského faktoru, zkracuje výrobní časy a v konečném důsledku přispívá ke zvýšení kvality a zisku. Nejen toto je pro ředitele společnosti Acam Solution Ing. Pavla Bortlíka a jeho tým motivace, ale i zábava. Za relativně krátkou dobu na trhu se firma stala, ať už napřímo, či přes své obchodní partnery, dodavatelem společností jako Volkswagen, Toyota, Olympus, Škoda Auto, Edwards, TE, BOSH, Heinze Gruppe, Woco STV či Fanuc a nyní přichází s řešením vhodným nejen pro velké výrobce, ale také pro malé a střední podniky – s univerzální robotickou buňkou HXG. Důležitým komponentem v této buňce je mimo jiné systém pro upínání nulového bodu VERO-S od společnosti Schunk.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Technologie roku 2018

Další z řady odborných seminářů společnosti Misan v jejím sídle v Lysé nad Labem s názvem Technologie roku 2018 se uskutečnil v únoru ve spolupráci se společností Tungaloy. Hlavními tématy byly automatizace výrobních procesů, monitorování a propojování výrobních strojů a systémů a představení nových výrobních zařízení, nástrojů a technologií, které pak byly následně předvedeny v praktické části semináře při ukázkách obrábění. Bonusem na semináři byla přítomnost chairmana a CEO Okuma Europe a Okuma America Corporation Takeshiho Yamamota a senior manažera z oddělení obchodu Okuma Europe Ralfa Baumanna, kteří poskytli MM Průmyslovému spektru exkluzivní rozhovor.

Desatero pro export - Marketingový průzkum poprvé

V dnešním díle našeho exportního seriálu se budeme věnovat marketingovému průzkumu. Ten je základním nástrojem pro posuzování jednotlivých vývozních teritorií a sestavování individuálních exportních plánů. Cílem je vytvořit profily potenciálních trhů, které zahrnou jejich charakteristiky, očekávání a preference. Na základě těchto profilů chceme sestavit klasifikaci atraktivity trhů podle předem určených kritérií. Dalšími cíli jsou analýza konkurence na vybraných trzích, identifikace hrozeb a příležitostí a určení právního rámce a systému autorského práva.

Největší předváděcí centrum laserů a CNC strojů

Časům nakupování průmyslových strojů naslepo, bez osobního vyzkoušení a podrobné znalosti strojů, provozních nákladů a potřeb, již „odzvonilo“.

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