PKD a CBN nástroje zvyšují produktivitu

Vývoj a výroba PKD a CBN nástrojů se od poloviny osmdesátých let minulého století stala ve firmě Gühring high-tech oborem. V produkčních závodech v Evropě, Americe a Asii vznikají inovativní a zároveň komplexní kombinované nástroje pro speciální obráběcí operace. Také v České republice, v závodě Sulkov u Plzně, dnes probíhá výroba a renovace těchto vysoce přesných a sofistikovaných nástrojů.

Těla nástrojů jsou z oceli nebo ze slinutých karbidů. Do sedel plátků se pájejí vlastní řezné destičky. Polotovarem jsou kruhové destičky, které jsou na elektroerozivním stroji nařezány do patřičných tvarů. Pro maximální využití destičky polotovaru se využívá speciálních programů, které poskládají požadované tvary řezných plátků tak, aby odpad byl minimální. Řezné plátky jsou pak pájeny na vlastní nástroj, jenž se následně očistí pískováním. Dále přichází na řadu erodování celého nástroje na konečné rozměry v toleranci 0,01 mm. Pokud je požadována vyšší přesnost, jsou nástroje broušeny na vysoce přesných bruskách až na tisíciny milimetru.

Nástrojový program zahrnuje vrtáky, frézy, výstružníky i řezné destičky. K tomu jsou také vyvíjeny a konstruovány speciální nástroje pro vysoce produktivní obrábění. Hlavní uplatnění nacházejí tyto nástroje převážně v automobilovém i leteckém průmyslu. Odlehčování konstrukcí při zvyšování výkonových parametrů a snižování spotřeby paliva u automobilů i v leteckém průmyslu vede ke stále četnějšímu používání speciálních materiálů, jako jsou hliníkové a magnéziové slitiny. Typickými obrobky jsou motorové bloky, hlavy válců, klikové i vačkové hřídele, stejně jako převodové skříně či turbodmychadla a common rail systémy. V letectví a kosmonautice jde převážně o části křídel, konstrukce trupu, podvozků i motorových podskupin. Se stupňujícími se požadavky se také zrychluje vývoj nových materiálů, především na syntetické bázi kompozitů či speciálních slitin.

Plné využití maximálního potenciálu PKD a CBN nástrojů klade také extrémně vysoké nároky na výrobce strojů. Tyto obráběcí stroje, jakož i upínání obrobků, musejí být maximálně stabilní, stroje musejí být enormně tuhé a absolutně bez chvění i při vysokých otáčkách vřetena a velmi vysokých posuvech. To vyžaduje důsledně konstrukčně propracované uložení vřeten i vedení posuvových částí, stejně jako tuhostí celých posuvových soustav a pohonů. Minimální házivost vřetena a vnitřní chlazení s vysokým tlakem musí být samozřejmostí. V poslední době jsou stále více požadovány tyto nástroje v provedení pro obrábění s minimálním množstvím chladicího média – MMS (anglicky MQL). Tomu pak také musí odpovídat adekvátní strojní vybavení, které tuto technologii umožní využít na plný výkon.

Moderní automobilový průmysl v současné době využívá supervýkonné materiály, které je třeba kvalitně, efektivně a v co nejkratším čase obrobit. Typické součásti motorů, převodovek, zadních i předních os, prvků řízení, brzd, jakož i další speciální díly kladou zvlášť vysoké požadavky na precizní řezné nástroje při zachování jejich odolnosti proti opotřebení. S ohledem na omezený rozsah tohoto článku byla jako příklad vybrána pouze jedna aplikace ze široké škály operací na hlavě válců z hliníkové slitiny. Zde se právě ve velké míře uplatňují PKD nástroje s nejvyšší mírou inovace.

Obrábění dílů, jako jsou hlavy válců a motorové bloky ze slitin hliníku, vyžaduje vrtání blízko sebe ležících otvorů, na jejichž výslednou přesnost působí silné tepelné zatížení. Díky extrémnímu tepelnému zatížení při výkonném obrábění hrozí riziko, že se vyvrtané otvory následně zdeformují. K eliminaci těchto rizik mají používané nástroje speciální řeznou geometrii vyvinutou právě pro tyto aplikace.

Pro vývoj a konstrukci optimálního nástroje musí být v první řadě posouzen kompletní obráběcí proces jako celek. To platí obzvlášť pro konstrukce složitějších kombinovaných nástrojů, které se využívají pro více pracovních kroků zároveň. Zde již od prvotního definování procesu až po sériové nasazení nástrojů poskytuje firma Gühring své dlouholeté zkušenosti prostřednictvím technických poradců s celosvětovou působností, specializovaných na PKD a CBN nástroje. Jejich cílem je pomoci uživatelům při jejich aplikacích přímo v jejich podnicích.

Příklad progresivního inovačního přístupu dokumentuje následující příklad aplikace obrábění otvorů pro hydraulickou kompenzaci zdvihu ventilů (dále jen zkráceně hydro zdvihu) a otvorů pro injektory v hlavě válců z hliníkové slitiny ve třech krocích (viz obrázky).

Vrtání otvorů pro „hydro“ zdvihy (vrtání a vystružování neprůchozích otvorů přerušených příčným olejovým tlakovým kanálem) bylo dříve realizováno jedním monolitním tvrdokovovým vrtákem pro vyhrubování a jedním PKD vrtákem pro vystružení.

Obrábění otvorů pro injektory (průchozí otvor odstupňovaný třemi průměry se sražením vstupní hrany) probíhalo pomocí čtyř nástrojů. První tři nástroje byly v podstatě tvrdokovové monolitní vrtáky. S každým z nich se postupně hruboval jeden průměr, první z nich byl ve dvoustupňovém provedení i pro sražení vstupní hrany největšího otvoru. Pro konečné finální opracování se používal PKD čtyřstupňový vrták.

Počet nástrojů pro vrtání otvorů pro hydrozdvihy zůstal zachován. Hrubovací tvrdokovový vrták byl však nahrazen PKD vrtákem s vyššími řeznými parametry. PKD dokončovací dvoubřitý vrták byl nahrazen PKD výstružníkem se šesti břity, u kterého byly použity konstrukční principy z programu PKD výstružníků označeného PR 1000M.

V případě obrábění otvorů pro injektory byly čtyři nástroje zredukovány na dva. Hrubovací PKD vrták je ve třístupňovém provedení a dokončovací PKD vrták je ve čtyřstupňovém provedení.

Počet nástrojů v obou případech byl zredukován na jediný. Pro vrtání otvorů pro „hydro“ zdvihy byl vynechán pilotní vrták. Všechny operace – vrtání do plna a vystružení jsou provedeny pouze jedním kombinovaným PKD nástrojem. Vynecháním pilotního vrtání se enormně zkracuje čas obráběcího cyklu.
V případě obrábění otvorů pro injektory byly původní čtyři nástroje zredukovány na pouhý jeden. Tento unikátní PKD kombinovaný nástroj byl přepracován na základě zkušeností a zpětných informací z výrobních procesů. Díky inteligentní konstrukci a zlepšení koncepce rozložení vlastních břitů v návaznosti na rozdělení drážek ve spojení s optimalizovaným systémem chlazení pro odchod třísek je možné v jednom nástroji spojit více pracovních kroků. V těchto případech jsou hrubovací operace sloučeny s operacemi dokončovacími. Optimalizovaná geometrie řezných břitů také zaručuje vysoké trvanlivosti nástroje při vynikající tvarové přesnosti a jakosti obrobených ploch, kdy je možné i zvýšit samotné řezné parametry.

Tyto technicky unikátní nástroje vznikají v nejmodernějších provozech, kde je k dispozici 200 špičkových pracovníků pro vývoj, konstrukci a výrobu. Při podpoře vývojových a konstrukčních prací jsou využívány nejnovější CAD programy a počítačové vybavení. Inženýrský simultánní proces mezi společností Gühring s několika specializovanými závody rozmístěnými po celém světě a jejími zákazníky zaručuje všude stejné výsledky. Celý výrobní proces probíhá v následující linii:

• posouzení obrobku a odstranění možných kolizí nástrojů;
• konstrukce jednotlivých nástrojů;
• výroba a zhotovení;
• montáž, event. seřízení;
• balení a expedice.

Vlastní výrobou péče o nástroje zdaleka nekončí. V rámci služeb zákazníkům se provádí také přeostřování a renovace těchto velmi drahých nástrojů. Zákazník pošle otupené nástroje zpět nebo je přiveze vlastní svozová služba společnosti. Vstupní inspekce určí míru opotřebení a eventuální poškození a určí, jaké pracovní kroky jsou potřeba k obnovení bezvadné funkčnosti nástrojů. Na základě této vstupní kontroly je po konzultacích se zákazníkem zvolena ekonomicky nejvýhodnější varianta, a buď je stávající nástroj renovován, nebo jsou dodány nástroje nové. V rámci renovací jsou silně opotřebené plátky nahrazeny novými, v případě lehkého opotřebení jsou nástroje přeostřeny. Následuje výstupní kontrola a zpětné dodání zákazníkům.

Díky stejnému strojnímu a měřicímu vybavení ve výrobním závodě Sulkov u Plzně jako v ostatních závodech koncernu, kde se PKD a CBN nástroje zhotovují, i na základě celosvětových zkušeností včetně rozsáhlé databáze konstrukčních linií a postupů je také pro tuzemské zákazníky zaručena ta nejvyšší výsledná kvalita. Kompetentní pracovníci jsou vysoce kvalifikovaní a motivovaní pomoci uživatelům v maximální možné míře zefektivnit jejich výrobu.

Gühring

Dr.-Ing. František Plánička

sekretariat@guehring.de

www.guehring.cz