Témata
Reklama

Odhalte skryté možnosti při odvalování

V dnešním konkurenčním prostředí výrobci neustále hledají možnosti, jak zlepšit produktivitu výroby. Soustružení, frézování nebo vrtání s využitím jednorázových nástrojů umožňuje jednoduchou náhradu již zavedených řešení a je také mnohem levnější. U odvalování bude většina nástrojů repasována pro co nejlepší využití drahého nástroje. Obnova nástrojů zahrnuje patřičné přebroušení, povlakování a následnou úpravu, aby bylo dosaženo stejného výkonu srovnatelného s novým nástrojem. S řešeními společnosti GLEASON se můžete seznámit i v expozici IMTOS.

V současné době je na trhu k dispozici řada nových materiálů a povrchových úprav pro odvalovací frézování. S novým nástrojářským materiálem s označením G90, který vyplňuje mezeru mezi materiály HSS a karbidem wolframu, dostávají uživatelé do rukou nářadí s obrovským výkonem. Zkušenosti s výrobou odvalovacích fréz z tohoto nového materiálu se využívají také při obnově starých fréz, které díky tomu získají téměř stejný výkon jako nové nástroje.

Tento článek se pokusí ukázat úspěšné metody průmyslových aplikací v odvalovacím frézování ozubených kol v kombinaci s výpočtem celkových nákladů na provoz během celé životnosti fréz. I když budou počáteční náklady na výrobu materiálu G90 o 30 % až 40 % vyšší než u běžně používaných práškovaných vysokorychlostních ocelí, s jeho využitím se nakonec ušetří až 25 % výrobních nákladů.

Reklama
Reklama
Reklama

Jak vylepšit odvalovací frézování

Požadavky na návrh a výrobu jsou často protichůdné. Dosáhnout nejkratší doby frézování produktů při současném splnění požadavků na extrémní délku životnosti nástrojů nelze ani s využitím nejnovějších špičkových materiálů a povrchových úprav. Hranice zvyšování výkonu v zeleném obrábění limitují požadavky na finální podobu ozubených kol. Při výrobě ozubených kol je výběr materiálů fréz stále poměrně jednoduchý. Více než 80 % zákazníků sáhne po materiálu PM-HSS (vysokorychlostní spékaná ocel) v kombinaci s PVD povlakem. Oproti tomu 20 % zákazníků preferuje odvalovací frézy z karbidových materiálů. Trend využívání slitin karbidu wolframu a optimalizovaných povrchů ve světě obrábění kovů plně nezasáhl odvětví odvalovacího obrábění ozubených kol.

Výkon odvalovacích fréz se dá zoptimalizovat využitím geometrických faktorů, jako je počet zubů nebo množstvím startů. Pro udržení výkonu na vysoké úrovni jsou využity možnosti přesného obrábění, jako jsou: příprava hran a před- a poprocesní čištění povlaků (obr. 1).


Obr. 1. Faktory ovlivňující výkon odvalovací frézy
Pro zvětšení klikněte na graf.

Všechny tyto postupy probíhají během výroby nové odvalovací frézy. Ale co se děje během obnovy a povlakování již použitých fréz? S novým nástrojem získá zákazník dlouhou životnost. Získá stejný výkon i s repasovanou frézou?

Frézy repasované výrobcem garantují, že při repasi byly využity stejné procesní kroky jako při výrobě nové frézy. Důležitým faktorem pro výkon repasované frézy je i počet obnovovacích cyklů. Celkové náklady za životní cyklus frézy vztažené na počet vyrobených ozubených kol představují efektivitu dražšího nástroje s delší životností v porovnání s klasickou odvalovací frézou (obr. 2).


Obr. 2. Celkové náklady během životnosti frézy
Pro zvětšení klikněte na graf.

Vývoj materiálu G90

Materiál G90 překlenuje mezeru mezi tradičním materiálem PM-HSS a vysoce výkonnými materiály na bázi karbidu. Výhodou nového materiálu G90 je větší tvrdost při zvýšených teplotách. Tuhost materiálu je srovnatelná s tradičním PM-HSS, který se dnes v průmyslu používá běžně. Mikrostruktura G90 je však oproti PM-HSS jiná. U tradičních materiálů se tvrdosti dosahuje využitím karbidů kovů, např. karbidu vanadia, karbidu chromu nebo wolframu (obr. 3). Materiál G90 pak tvrdost získává druhotným tvrzením µ-fáze (oproti vnitřnímu zhutňování) během procesu tepelné úpravy. Vyšší tvrdost při vysokých teplotách pak znamená větší výkon při výrobě ozubených kol odvalovacím frézováním.


Obr. 3. Složení a mikrostruktura materiálu G90
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Schematický diagram řezná délka vs. rychlost obrábění ukazuje možnost zvýšení obráběcí rychlosti nejméně o 30 % (obr. 4). Vysoké rychlosti způsobují poškození ve tvaru kráteru na zubech odvalovací frézy. Díky větší tvrdosti materiálu G90 se na zubech začne kráterovité poškození projevovat později. Mnoho zákazníků hledá nástroje s konstantním výkonem během celé životnosti – například pět měsíců.

Využití materiálu G90 toho umožňuje dosáhnout při současném zvýšení životnosti nástrojů o 30 až 50 %. Ve všech případech byla použita povrchová úprava Gleason AlcronitePro.


Obr. 4. Schematický diagram délka na zub vs. rychlost obrábění.
Pro zvětšční klikněte na obrázek

Data naměřená při prvních testech povzbudila společnost Gleason k širšímu testování materiálu G90. V konkrétním případě klient z automobilového průmyslu obrábí malá ozubená kola rychlostí 160 m.min-1 (480 sfm). Na jeden obnovovací cyklus obráběl 1 800 dílů. Materiál G90 umožnil během jednoho cyklu zvýšit rychlost na 240 m.min-1 a podařilo se obnovit 2 000 dílů na jeden cyklus (obr. 5). I s vyšší cenou G90 oproti tradičnímu materiálu PM-HSS jsou náklady na nástroje přepočtené na výrobu jednoho ozubeného kola stejné. Zákazník ale vyrobí o 35 % vice součástek za směnu. Použitím materiálu G90 by tak zákazník mohl získat vyšší výkon svých stávajících strojů.


Obr. 5. Využití G90 při zvýšených rychlostech frézování
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

G90 lze využít také k výraznému prodloužení životnosti nástrojů. V tomto případě zákazník používá materiál G10 (srovnatelný s HSS) (obr. 6). S využitím G90 by zákazník zvýšil počet vyrobených kusů 2,5krát. U G10 byla životnost nástroje dána štěpením zubů, u G90 se na zubu ukazuje běžné boční opotřebení a jemné kráterové opotřebení na čele.


Obr. 6. Použité G90 k prodloužení životnosti nástroje
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Ve všech případech, kdy se zákazník snaží prodloužit životnost nástroje, je ke zhodnocení ekonomičnosti materiálu G90 klíčový výpočet výrobních nákladů. V tomto konkrétním případě je rozdíl v ceně mezi G10 a G90 80 %, na první pohled je tedy velmi nevýhodný pro nový materiál G90 (obr. 7).


Obr. 7. Potenciál k úsporám s G90
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

S přihlédnutím ke grafu obnovování nástroje na obrázku 2 musíme kalkulovat náklady během celé životnosti nástroje. Materiál G90 umožňuje minimálně 12 repasí. Během této doby je odvalovací fréza schopná vyrobit 57 600 ozubených kol ve srovnání s 21 600 koly u G10. Celkové úspory na nástrojích v přepočtu na obrobek činí více než 50 %. Tyto výsledky by bylo možné přepočítávat na celkový počet fréz nasazených ve výrobě. Je tedy jasné, že využitím materiálu G90 se otevírají velké možnosti úspor nákladů.

Shrnutí

Během minulého desetiletí se vývoj příliš neposunul, na druhou stranu materiál PM-HSS čelí silné konkurenci karbidových odvalovacích fréz v mnoha odvětvích. Odpovědí na tuto výzvu je materiál G90, který překlenuje mezeru mezi karbidovými frézami a PM-HSS materiály. Výsledky prezentované v tomto článku by mohly ukázat našim zákazníkům cesty, jak odhalit skrytý potenciál ve výrobě ozubení.

Gleason

michal@churavy.cz

www.imtos.cz

Reklama
Související články
Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Faktory ovlivňující hospodárnost čištění obrobků

Při vývoji nového zařízení pro čištění obrobků vzniká zásadní otázka. Které faktory mají hlavní význam pro jeho technické dimenzování a konstrukci, aby jeho provoz byl pro uživatele co nejhospodárnější?

Odstraňování otřepů elektrotechnickým obráběním

Po dlouholetých zkušenostech s odjehlováním přivedl Imtos na český a slovenský trh společnost stoba Sondermaschinen – specialistu na definované a bleskurychlé odstraňování otřepů technologií ECM.

Související články
Ekonomická řešení čištění - základní faktor úspěchu

Kvalitní čištění dílů je v průmyslu stále důležitější. Většina firem klade hlavní důraz na výrobu. Samozřejmě nelze přehlížet vazby mezi výrobním procesem a čištěním. Výrobce čisticích zařízení Pero AG proto svým zákazníkům nabízí vedle moderních technologií i komplexní poradenství pro ekonomiku a efektivitu čisticích procesů. Přesvědčit se o tom, a získat informace o aktuálních inovacích, mohli návštěvníci zákaznických dnů Pero 2018.

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.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Zvýšení výkonu u tribo stříkání

Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

Monitorování obráběcího procesu přináší přidanou hodnotu

Slovy Garyho Kinga z Harvardovy univerzity, zatímco dat je bezpočtu a je snadné je shromáždit, skutečná hodnota spočívá v tom, co s nimi uděláte.

Revoluce v soustružení - netradiční použití zavedeného procesu

Soustružení je zavedený proces, který už se zdál být takřka navždy neměnný. Ale ti, kteří si mysleli, že jejich proces je neotřesitelný jako skála – dovedený k dokonalosti a se skvěle doladěnými parametry umožňujícími dosažení maximální výkonnosti a ziskovosti –, se musí zamyslet znovu. Co kdyby existoval nový způsob soustružení, který zpochybňuje zakořeněné a předpojaté představy o tomto dlouhá léta využívaném procesu? Nadešel čas připojit se k právě probíhající revoluci v soustružení, prolomit stávající výrobní překážky a užívat si nově nalezenou produktivitu.

Dokonalé povrchy řezných nástrojů

Leštění řezných hran nástrojů je čím dál žádanějším procesem v oblasti strojírenství. Stalo se již zřejmým faktem, že stav řezných hran má obrovský vliv na životnost nástroje a řeznou charakteristiku. Existuje dnes zajímavá alternativa dobře známým procesům, jako je broušení nebo tryskání. Je to úprava řezných hran pomocí vlečného omílání.

Nanokompozitný povlak 4. generácie - nACRo4

Počas technologického procesu, akým je rezanie, frézovanie, vŕtanie, tvárnenie atď., je dôležité ochrániť nástroj s kvalitným povlakom, pričom sa dosiahne zníženie opotrebenia a naopak zvýšenie životnosti samotného nástroja. V dnešnej dobe nanoštrukturované povlaky priťahujú pozornosť mnohých vedcov po celom svete z dôvodu syntetizovania materiálov s unikátnymi fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Nanokompozitný povlak nACRo4 (nanokompozitná vrstva 4. generácie) sa skladá z nanokryštalických zŕn AlCrN, ktoré sú zabudované do amorfnej matrice Si3N4.

Zvýšení životnosti odvalovacích fréz

Odvalovací frézy jsou nástroje, které se používají při výrobě ozubení odvalováním. Jde o nejčastější způsob výroby ozubených kol, kdy se samotná fréza odvaluje po vnějším obvodu obráběného kola, které se pomalu otáčí. Zuby odvalovací frézy tak vytvářejí profil ozubení. Pro zajištění požadované přesnosti a kvality povrchu vyráběných ozubených kol při minimálních nákladech je nezbytné sledovat celý komplex výrobních parametrů. Kontrolovat je nutné zejména geometrii řezné hrany, drsnost povrchu a kvalitu povlaku na odvalovacích frézách.

Efektivní vrtání

Široká nabídka produktů řady WTX-Change společnosti WNT s vyměnitelnými TK vrtacími hlavami se nyní ještě rozšiřuje o dvě nové geometrie. Výhody z toho plynoucí mohou nyní využívat především firmy specializující se na obrábění ocelí s vyšší pevností a na obrábění šedých litin. Další již známou přidanou hodnotu představuje možnost výměn TK vrtacích hlav na ocelovém nosiči.

Inovace v povlakovacích zařízení

Obor povlakování patří mezi nejdynamičtěji se rozvíjející oblast nástrojů. Inovace v povlakování jsou hnacím motorem mnohých změn v používaných materiálech i v samotné konstrukci nejen u řezných nástrojů. Pro vytváření tohoto inovačního prostředí jsou zapotřebí neustále investice do nových a vyspělých technologií povlakování.

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