Témata

Optimalizace tvaru nástroje pro válcování

V současné době je velmi vyhledávaným strojem válcovačka typu ULS. A s rozvojem elektromobility se jeví velmi pravděpodobný požadavek na zvyšování produkce hřídelových součástí. Společnost Šmeral Brno se proto rozhodla inovovat a zlepšit nejen stroj ULS, ale i samotný proces tvorby nástrojů příčného klínového válcování (PKV).

S rostoucími požadavky výrobců na ekonomiku výroby, zejména v automobilovém průmyslu, rostou požadavky na nižší spotřebu materiálu a následné snížení času potřebného pro opracování jednotlivých dílů. Na výrobce tvářecích strojů a nářadí pro tváření jsou pak kladeny požadavky na zpřesnění jednotlivých výkovků a stabilitu samotného výrobního procesu. To má za následek tvarovou náročnost výkovků, vysokou přesnost výkovku, a tím i nástroje. U nástrojů pro PKV také sílí tlak na minimalizaci času při renovacích nástroje.

Z těchto důvodů je potřeba kontrolovat jednotlivé tvarově složité nástroje komplexněji, včetně všech tvarových návazností. U PKV nástrojů je tedy vhodné kontrolovat, monitorovat a zaznamenat výsledný tvar nástroje po jeho „odladění“ (ručním dobroušením) ve výrobním procesu, a tím následně zkrátit čas pro renovaci nástroje. Pro tyto účely bylo zakoupeno 3D skenovací zařízení.

(Zdroj: Šmeral Brno)

Výroba a odladění PKV nástroje

U nástrojů pro technologii příčného klínového válcování je kromě 2D dokumentace vytvořen deskový 3D model nástroje, který slouží k následným snadnějším úpravám a opracování tvarové klínové části nástroje. Při návrhu PKV nástroje je vycházeno nejen ze zkušeností konstruktérů nástrojů, ale i ze simulací válcovacího procesu pro daný vývalek pro dosažení optimálního tvaru nástroje. Po strojním opracování tvarové části nástroje pak dochází k tzv. odladění nástroje. Odladění PKV nástrojů probíhá na zkušební válcovačce ULS zkušebny Šmeral Brno. Po vyválcování zkušebních kusů a následném měření je zhodnocen jejich stav. Pokud je vše v pořádku, lze přejít k tepelnému zpracování nástroje a expedici. Pokud je kus hodnocen s vadami či mimo rozměr, jsou pomocí ručního nářadí prováděny korektury tvaru nástroje tak, aby tvar výrobku odpovídal tvaru vývalku daného výkresem. Průběh zkoušky a broušená místa jsou zaznamenávány. Po této korekci dochází k tepelnému zpracování nástroje a následné expedici nástroje.

Zkoušky a odladění jednotlivých nástrojů probíhají vždy za přítomnosti pracovníka konstrukce nářadí. Ten rozhoduje o místech a velikosti úběru při korekci nástroje. Tyto korekce jsou prováděny ručním nářadím, často i ve více krocích. K broušení nástroje tak dochází na tvarově složitých plochách, které nelze postihnout klasickými způsoby měření.

Na základě těchto zkoušek a odhadu velikosti úběrů pak pracovníci konstrukce nářadí korigují 3D model nástroje tak, aby při opětovné výrobě nářadí, případně renovaci nástroje docházelo k co možná nejmenším úpravám nástroje (červené označené plochy modelu). Vzhledem k tomu, že velikost jednotlivých úběrů a jejich pozice nejsou přesně dány (jsou pouze orientační), korekce jsou nepřesné a k úpravě nářadí dochází vždy pří opětovné výrobě nářadí či renovaci.

Skenovaný nástroj po obrobení. (Zdroj: Šmeral Brno)

3D skener a vyhodnocování

S novými možnostmi měření vzniká možnost změny dosavadního postupu výroby a její optimalizace. Vzhledem k tvarově složitým plochám tvářecí části nástroje nelze klasickými měřidly zkontrolovat tento tvar a případně určit odchylky provedené ruční úpravou nástroje od teoretického tvaru nástroje.

Odchylka naskenovaného nástroje od 3D modelu. (Zdroj: Šmeral Brno)

Proto bylo rozhodnuto pořídit nové měřicí zařízení. S ohledem na požadavky a další využití zařízení (využití při GO cizích strojů, měření lopatek turbín atd.) bylo zakoupeno zařízení MetraSCAN 750TM Elite, které odpovídá požadavkům na přesnost i velikost měřicího prostoru.

Měření nástroje

Z důvodů kontroly měření PKV nástrojů pomoci skeneru je zapotřebí zhotovení 3D modelu nástroje jako válcového segmentu. Při zakružování segmentů dochází k deformacím a odchylkám samotného modelu od optimálního tvaru. Tato odchylka je jednoduše pozorovatelná na upínacím průměru nástroje.

Maximální odchylka po zakružení segmentů je 0,005 mm. Výrobní tolerance na tvarové části nástroje činí ±0,05 mm. Odchylka zakruženého nástroje je o řád menší než požadovaná přesnost hotového nástroje. Po konzultaci s konstrukcí nástrojů byla odchylka zakruženého 3D modelu nástroje stanovena jako vyhovující.

Toto bylo odzkoušeno a odladěno při výběru 3D skeneru. K měření jednotlivých PKV nástrojů došlo po zaškolení pracovníků kontroly v průběhu výroby jednotlivých nástrojů. Skenování nástrojů probíhá na jednotlivých segmentech. Výsledkem je pak barevná mapa zobrazující odchylky jednotlivých míst od 3D modelu.

Výrobní tolerance tvarových ploch nástroje je ±0,05 mm. Z výsledku jsou patrné zvětšené odchylky na úkosových plochách nástroje (–0,1 mm) a na rádiusových přechodových plochách nástroje. Na těchto plochách dochází nejčastěji k úpravám broušením. Tyto plochy jsou redukční a slouží ke snižování průměru vývalku. Postupnou iterací bylo zjištěno, že tento jev vzniká po odepnutí nástroje z přípravkového bubnu pro obrábění.

Skenovaný nástroj pro odladění. (Zdroj: Šmeral Brno)



Pro samotnou úpravu 3D modelu nástroje jsou důležité úpravy provedené při odladění nástroje. Analýza polohy těchto míst a stanovení velikosti úběru jsou zaneseny do modelu pro výrobu nového nástroje, případně jeho renovaci. Při skenovaní upraveného nástroje je patrný úběr materiálu – fialová plocha skenu.
V upravených plochách je nutné provést řezy pomocí úhlově natočených rovin od čela nástroje a stanovit úběr materiálu v těchto místech. Na tomto řezu je pak vidět velké odbroušení materiálu v oblasti náběžné hrany nástroje (odchylka až 2,05 mm), včetně úpravy plochy tvarující přilehlý průměr vývalku. Díky přesně zjištěným místům a velikosti jednotlivých uprav lze relativně velmi jednoduše modifikovat 3D model nástroje a provést jeho korekci. Ověření těchto úprav je pak nutné provést při nejbližší výrobě stejného nástroje.

Odchylky skenovaného nástroje od 3D modelu. (Zdroj: Šmeral Brno)

Závěr

U odladěných nástrojů lze díky přesnému definovanému určení míst a velikostí úběru upravit 3D model nástroje. Zaznamenané změny v průběhu odladění nástroje, v přesně určených místech, jsou zcela zásadní ke zkrácení výrobních časů a minimalizaci ručních úprav při odladění nástroje a jeho následných renovacích, kterých může být až deset. Dále zaznamenané změny přispívají ke snížení počtu úprav při návrhu a výrobě nástrojů nových vývalků a predikci výskytu možných dalších chyb.

Článek byl vytvořen s finanční podporou MPO – projekt FV 10578.

Ing. Martin Volejníček

volejnicek@smeral.cz

https://www.smeral.cz/

Vydání #1,2
Kód článku: 200114
Datum: 05. 02. 2020
Rubrika: Trendy / Tváření
Autor:
Související články
MM Podcast: Glosa - Poselství Garcíovi

Jsou věci, které ovlivnit nemůžeme, avšak máme možnost se k nim svobodně postavit. Pokud tak ale činíme ve stresu a se strachem, negativní dopad to jen znásobí. Naopak, uvedeme-li se do klidu s vědomím své vnitřní síly, víry a odhodlání, vše se může nakonec vyvíjet úplně jinak. 

Technická podpora vždy po ruce

Prostřednictvím nové aplikace LiveTechPro nabízí společnost Ceratizit kompetentní okamžitou technickou podporu i v období místního a národního lockdownu vyvolaného pandemií covid-19.

Názorové fórum odborníků

Výzkum a vývoj v oblasti řezných nástrojů podle doc. Jany Petrů z Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě (www.mmspektrum.com/200519) mj. dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování a konstrukce nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL.
Zabývá se těmito trendy také vaše společnost? Naleznou uživatelé výše popsané inovace ve vašich produktových portfoliích? Uveďte příklad.

Související články
Další krok k bezobslužné výrobě

Studie čínské univerzity Beihang, publikovaná v časopise International Journal of Production Research, přímo spojuje prediktivní údržbu s kvalitou výrobků. Jak je však pro výrobce tato dosahovaná prediktivita a vynikající kvalita u operací využívaných při soustružení oceli slučitelná se snižováním počtu pracovníků na dílenských pracovištích nebo s bezobslužnou výrobou? Článek objasňuje důvody, proč jsou pro kvalitu obráběných součástí nezbytné vhodné nástroje ve spojení s procesy zabezpečenými proti selhání.

Související články
Abeceda komunikace (nejenom) pro strojaře, Část 1. Komunikace je jako mariáš

Člověk je tvor společenský a komunikace je jeho stěžejní dovednost. Komunikujeme proto, aby se něco stalo. Aby se naplnil náš záměr. Ať už chceme někoho pobavit, poučit, informovat, nebo přimět ke spolupráci, potřebujeme, aby nám rozuměl. Cílem úspěšné komunikace je dosáhnout určitého efektu. Aby se tak stalo, musíme použít správný obsah, formu, ale i správné načasování. Hranice mezi úspěchem a neúspěchem je velmi často daná právě (ne)schopností komunikovat. Ve spolupráci s odbornicí na strategickou komunikaci Mirkou Čejkovou pro vás připravujeme seriál, který, jak věříme, bude inspirací pro zlepšení vašich komunikačních dovedností.

Fórum výrobních průmyslníků

Jak se současná doba odráží nachodu vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a kompletace, tak ikaždodenního přístupu k zamezení šíření koronaviru mezi vašimi zaměstnanci. Dokážete vyčíslit náklady, které jste již do těchto opatření investovali?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak se současný způsob výuky odráží na studentech – na jejich osobnosti, přístupu ke studiu, k dosahování dílčích výsledků, na přípravě k finální části studia, k následujícímu profesnímu působení, ale i v sociální/osobní rovině vazby pedagog – student?

Pět principů pro zvýšení efektivity

Tork, spadající pod společnost Essity, uvádí na trh novou příručku představující princip „kaizen“. Díky němu mohou podniky zavést filozofii kontinuálních vylepšení.

Když je řemeslo posláním

V součinnosti se zákazníkem navrhovat nástroje s maximální hospodárností a produktivitou – to je cílem rodinné nástrojářské společnosti UniCut, jejíž produkty můžete najít ve výrobních firmách prakticky po celém světě. Její jednatel, Ing. Petr Inemann, s nímž jsme měli možnost hovořit, převzal vedení firmy po svém otci. Nezdědil však jen firmu, ale především, jak sám říká, lásku k řemeslu.

Abychom na změny zareagovali včas

Covid-19 je humanitární krize, která má bezprecedentní dopady na všechna průmyslová odvětví. Podniky stojí před novou výzvou, na kterou musí reagovat. Některé podniky tuto výzvu využijí ke svému rozvoji a expanzi, některé ji jen přežijí, a budou i takové, které zaniknou. První reakcí bývá zastavení všech investic, včetně investic do informačních technologií. A právě informační technologie ukážou, kdo bude vítězem, a kdo poraženým.

Firma a příroda mají k sobě blízko.
Více, než si myslíme.

Společnosti Fosfa je největším zpracovatelem žlutého fosforu v Evropě. Z něho pak vyrábí esenciální směsi zejména pro potravinářské i speciální průmyslové aplikace, které vyváží do více než 80 zemí světa. Vedle toho vyrábí také přírodní ekologické produkty, jako jsou přírodní prostředky péče o tělo i domácnost Feel Eco. Její záběr je ale širší, provozuje první českou vertikální farmu Feel Greens, ve které s pomocí hydroponie pěstuje microgreens, bylinky a saláty zcela bez jakýchkoliv pesticidů, GMO či růstových regulátorů.

Technologie pro mistry horkého tváření

Zavítáte-li do části města Olomouc s názvem Bystrovany, bezpochyby vás zaujme architektonicky velmi čistá budova, součástí jejíž fasády je velké plastické červené logo Weba. Když pak vejdete dovnitř, ohromí vás výrobní hala monumentálních rozměrů s množstvím sofistikovaných strojů různých značek – zejména pak značky Mazak. Od loňského roku mezi nimi můžete spatřit i automatickou obráběcí linku se dvěma stroji Mazak Variaxis 1050.

Hodinky, nebo číselníkové úchylkoměry?

Dnes nejspíše neexistuje strojírenská výroba, kde by se „hodinky“, jak je mnohdy toto měřidlo nazýváno, nepoužívaly. Stejně tak jako „šupléra“ –označující posuvné měřítko– se slangový název „hodinky“ dostal strojařům pod kůži tak, že při použití odborně správného výrazu – číselníkový úchylkoměr – často zaváhají, oč vlastně jde. Pojďme se tedy podívat na hodinky, které jsou nepostradatelným pomocníkem každého strojaře, ale čas měřit neumí.

Inovace podnikatelského modelu, Část 3. Inovační projekty

V našem seriálu vznikajícím ve spolupráci s partnerskou sítí Inovato vás krok po kroku provázíme klíčovými fázemi inovačního procesu v kontextu ekosystému doby a místa. Své zkušenosti vám předávají praktici, kteří mají za sebou mnoho inovačních projektů s tržně úspěšnými výsledky. Přijměte naše pozvání do edukačních eventů.

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy 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