Témata
Reklama

Ochrana činných ploch nástroje laserem

Tvářecí nástroje jsou vystavovány stále většímu zatížení a tím i opotřebení. To také snižuje jejich trvanlivost. Pro odstranění tohoto negativního faktoru zkoumal Frauenhofer Institut für Produktionstechnologie IPT možnost použití laserových technologií.

Zápustky, formy pro tlakové lití hliníku, ale také nástroje pro hluboké tažení pod-léhají často vysokému abrazivnímu a adheznímu opotřebení. Toto je také často hlav-ní důvod jejich malé trvanlivosti. Jako efektivní ochrana těchto nástrojů proti abraziv-nímu a adheznímu opotřebení se nabízí využití laserových technologií, které jsou efektivní a flexibilní (obr. 1). Volbou vhodného materiálu, tepelného zpracování a technologie opracování povrchů nástroje lze výrazně zvýšit jeho trvanlivost.

Reklama
Reklama
Obr. 1. Laserová technika skýtá rozmanitá řešení pro úpravu povrchů vysoce namá-haných tvářecích nástrojů.

Laserové technologie mají pro rozmanité požadavky různá řešení: nanášení povlaků, kalení, legování či dispergaci. Z důvodu různých materiálů nástrojů používaných pro různé technologie tváření jsou pro jejich úpravu nejvhodnější laserové technologie. Pro nástroje určené k lisování a tváření za tepla je možné navrhnout řešení „šité na míru“ a dosáhnout tak komplexního vyvážení tepelného a abrazivního zatížení.

Laser skýtá řadu řešení pro úpravu povrchu

V rámci řešení výzkumného projektu prováděli ve Fraunhofer Institut für Pro-duktionstechnologie IPT v Cáchách výzkum kombinací metod úpravy povrhu lase-rem, s cílem výrazně prodloužit trvanlivost nástrojů. Cílem výzkumného projektu Cu-rare, podporovaného Evropskou unií, bylo ověřit použití kombinace laserového lego-vání nebo dispergování povrchu materiálu následně po nitridování na zápustkách a formách pro tlakové lití hliníku. V rámci řešení výzkumného projektu InnocaT3, pod-porovaného BMBF, byla zkoumána možnost zvýšení trvanlivosti nástrojů pro hluboké tažení optimalizací geometrie tvarů a následným zpracováním laserem.

Požadavky kladené na výzkum laserového legování a dispergování povrchu, jakož i na navařování materiálu laserem, jsou velmi rozmanité. Zaprvé musí být vyvinuto technologické know-how, zadruhé je nutné vhodnou technologii použít na danou geometrii povrchu. K tomu je nutné mít jak vhodné stroje, tak i vhodný software CAD.

Protože trvanlivost nástroje se často projevuje vysokým opotřebováním dílčích, lokálních povrchů nástroje, především na konvexních poloměrech, je jejich úprava laserem technologicky a ekonomicky účelná. Při laserovém legování je v dané oblasti materiál přetaven. Prášek legujícího materiálu (např. WC–Co–Cr, TiC, VC) je plynule přiváděn do oblasti tavení, kde se roztaví a po ztuhnutí vytvoří legovanou vrstvu. Při laserovém dispergování je naopak legující materiál během tuhnutí vyloučen v jemné struktuře. Přívod práškového materiálu se děje u obou technologií pomocí proudu plynu, který má rovněž funkci ochrannou. Další technologií používanou pro ochranu povrchu proti opotřebení je navařování materiálů laserem.

Ochrana povrchu pomocí automatizovaného laserového procesu

Během procesu navařování materiálu ohřívá paprsek laseru jak povrch součás-ti, tak také navařovaný materiál přiváděný do stopy paprsku. Povrch základního ma-teriálu se pouze lehce nataví, aby se dosáhlo minimálního smíchání obou materiálů. Tak se zabrání vzniku nechtěné legované vrstvy obou materiálů, která by vedla ke vzniku nepříznivých mechanických vlastností v oblasti natavení.

Ve srovnání s konkurenčními technologiemi je možnost dosažení malého pro-míchání obou materiálů největší výhodou navařování materiálu laserem. Dalšími výhodami jsou malá deformace obrobku daná malým množství přivedeného tepla, vyšší kvalita povrchu i nanesené vrstvy.

7Aby bylo možné použít automatizovaný pětiosý laserový proces, je nutné mít odpovídající CAx modul. V rámci řešení úkolu byl vyvinut vhodný modul jak pro lase-rové legování, laserové dispergování, tak i pro nanášení materiálů laserem.

Pětiosé obrábění tvarových součástí je skutečností

Modul vyvinutý pro pětiosé obrábění umožňuje podle tvaru součásti volit opti-mální strategii obrábění a zabránit kolizím. Pro využití tohoto pracovního programu bylo na Fraunhofer IPT postaveno samostatné obráběcí centrum obsahující zařízení gantry sestávající z NC otočného a sklopného stolu s rozsahem otočení ±140° v ose A a 360° (plynule) v ose C. Dále zařízení obsahuje vysokovýkonný diodový laser s maximálním výstupním výkonem 5 000 W a laserovou pracovní hlavu.

Základní pracovní podmínky se zjišťovaly na rovných plochách, vybrané pak byly použity u dalších zkoušek na konkrétních součástkách. Vybrané součástky obsahovaly charakteristické tvary, které se vyskytují na tvářecích nástrojích. Obr. 2 ukazuje příklad laserového legování poloměrů a analýzu výsledků.

Další příklad opracování geometrických tvarů je na obr. 3. Na základě těchto geometrických prvků bylo možné upravit poloměry na nástrojích pro hluboké tažení. Při navaření práškového materiálu se zvýšila tvrdost až do hloubky 1,1 mm od po-vrchu.
Zjištěné pracovní parametry i zjištěná strategie opracování povrchu pro různé vybrané vzorové součásti sloužily dále jako základ pro místní úpravu skutečných nástrojů. Obr. 4 ukazuje tvar opotřebení nástrojů upravených konvenční technologií (nitridováním) a kombinací povrchových úprav (legování laserem a nitridování).

Na obr. 4 je také jasně vidět, že hrany nástroje upravené kombinovanou tech-nologií vykazují po vyrobení stejného množství výkovků menší opotřebení. Pomocí kombinované úpravy povrchu je možné zvýšit trvanlivost a spolehlivost nástrojů. U zápustek lze dosáhnout zvýšení trvanlivosti až o 100 %.

Úprava povrchu laserem zvyšuje odolnost nástroje

Výsledky provedených experimentů ukazují, že je možné pomocí různých me-tod úpravy povrchu laserem vytvořit nástroje odolnější proti opotřebení. V dosud pro-vedených rozsáhlých experimentech, případně v momentálně řešených projektech, jsou zkoumány zejména technologie laserového legování, laserového dispergování a navařování materiálu laserem pro různá použití, např. u zápustek, u forem pro tlakové lití hliníku nebo u nástrojů pro hluboké tažení.

Daniel Heinem a Kristian Arntz

MM Das Industriemagazin č. 39, 2012

Zpracoval: - VŘ –

dana.benesova@mmspektrum.com

Obr. 2. Legování laserem charakteristických poloměrů a analýza výsledků
Obr. 3. Příklad úpravy geometrických prvků
Obr. 4. Zobrazení opotřebení nástroje. Hrany upravené kombinovanou technologií se jeví jako stabilnější.
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 130405
Datum: 10. 04. 2013
Rubrika: Trendy / Tváření
Autor:
Firmy
Související články
Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů (2. část)

Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Efektivní aplikace laseru

Technické strojírenské veřejnosti není příliš známo, že v současné době existují technologické aplikace, které doslova drží srovnatelný krok s inovacemi v oblasti informačních technologií. Jednou takovou je aplikace laseru. Naší snahou bude vám tyto technologie představit.

Lipsko letos jenom digitálně

Tradiční dvojice veletrhů pro oblast strojírenství a subdodavatelského průmyslu Intec a Z v Lipsku se letos uskuteční v termínu 2.–3. března 2021 výhradně digitálně pod názvem „Intec/Z connect“. Společnost Leipziger Messe, pořadatel veletrhu, se takto rozhodla, neboť současný vývoj koronavirové pandemie a s tím spojená omezení neumožňují takto velkou akci smysluplně realizovat klasickou ani hybridní formou

Novinky značky IMAO pro upínání obrobků

V dnešní době je velká poptávka po efektivní produkci různorodých výrobků v malém objemu a klíčem k vyšší produktivitě je použití přípravků, které lze flexibilně přizpůsobit mnoha různým obrobkům. Upínací prvky ONE-TOUCH se vyrábějí v mnoha různých provedeních, snadno z nich lze vybrat prvky vhodné pro upnutí požadované součásti. Upnutí a odepnutí součásti je jednoduché, bez použití dalšího nářadí a rychlé, zkracuje se čas potřebný pro manipulaci s obrobkem a tím i celkové náklady na výrobu.

Podpora spolupráce ve výzkumu, vývoji a inovacích ve střední Evropě - inspirace projektem NUCLEI

Ústav výrobních strojů a zařízení FS ČVUT (RCMT) je zapojen do evropského projektu NUCLEI podporujícího iniciaci mezinárodní spolupráce ve výzkumu, vývoji a inovacích. Zaměřen je na region střední Evropy a odbornou oblast moderních výrobních technologií.

Vláknový laserový řezací systém

LVD rozšiřuje svou řadu laserových řezacích systémů zavedením vysoce rychlostního vláknového laserového řezacího systému Electra FL.

Výzkum a vývoj technologie přesného tváření

Lisování přesných dílců za studena je v současnosti na vysoké úrovni. Společnosti ANC Components a Comtes FHT řeší dosažení dalšího zefektivnění a zproduktivnění výrobního procesu v rámci dotovaného projektu Eureka spojením zkušeností praxe a výzkumných prostředků.

Ochrana před teplem, zářením a jiskrami

Společnost Mewa vyvinula třetí variantu ochranného oblečení pro svařování. Nová bezpečná řada z kolekce Mewa Dynamic nabízí volnost pohybu, pohodlí a slušivý vzhled i při náročné práci.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

Ani vývoj briketovacích lisů nespí…

Fakt, že vývoj vlastních výrobků je důležitou činností každého výrobce, a to v jakémkoli oboru, je neoddiskutovatelný. Bez této drahé a náročné činnosti každý výrobce riskuje propad a nečinností dává náskok konkurenci. To jsou obecná pravidla, která každý zná, ale ne každý z řad středních podniků toto dokáže realizovat samostatně a ve vysokém tempu. Společnost Briklis taková je. Na svém stánku na MSV 2017 v Brně svůj vlastní vývoj představí.

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