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: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

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