Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Odhalte skryté možnosti při odvalování
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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

 

Další články

Inovace
Technologie pro povrchové úpravy
Nástroje pro obrábění / řezné materiály

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: