Pohled do výroby extruzních nástrojů

Nástrojárna GPN v Trhových Svinech je odštěpným závodem rakouské společnosti GPN GmbH a zabývá se výrobou forem pro extruzi plastových okenních a technických profilů. Počátky firmy GPN sahají do roku 1977, kdy byla založena pod názvem Uniplast, v roce 1986 proběhla její akvizice firmou Greiner. Česká pobočka byla založena v roce 1993 a své původní výrobní prostory převzala od podniku Koh-i-noor. V roce 1996 byla v Trhových Svinech postavena nová moderní hala nástrojárny, v jejímž sousedství o pět let později vznikla hala strojírny, kde probíhá montáž extruzních linek. V roce 2007 vznikla zastřešující společnost Greiner Tool.Tec. Firma Greiner patří k nejvýznamnějším světovým výrobcům extruzních linek pro výrobu okenních profilů a své výrobní závody má ještě v USA a v Číně.

Do nástrojárny GPN jsme byli pozváni společností Walter CZ, která je jedním z hlavních dodavatelů řezných nástrojů pro zdejší výrobu. Ve firmě GPN nás přijal ředitel české pobočky Ing. Jiří Šimek, jenž nám představil firmu. Výrobou nás poté provedli Ing. Petr Sedlák, vedoucí logistiky, a Karel Šafránek, technolog výroby. Ze společnosti Walter CZ se setkání zúčastnili obchodní zástupce Martin Jestřáb a pracovnice marketingu Ing. Monika Futáková.

Hlavní výrobní závod je v rakouském Nussbachu, česká pobočka ale trvale získává stále větší podíl na výrobě. Prakticky veškerá vyrobená produkce nástrojárny v Trhových Svinech směřuje do zahraničí, a to především do sesterských společností holdingu, menší část výrobků je pak vyráběna na zakázku přímo pro významné výrobce okenních profilů.

Vlastní extruzní nástroj je dosti složitý a velmi přesný výrobek, jehož délka v závislosti na provedení může dosahovat 12 až 15 metrů (ve výjimečných případech až 18 metrů) a sestává z několika základních částí. Na začátku nástroje se nachází tzv. hlava, do níž vstupuje tavenina ze šneku vstřikovacího lisu a v níž je vytvářen základní tvar profilu. Ten postupuje do tzv. suché (nebo též „dlouhé“) kalibrace, kde je tvar dokončován a ochlazován. Těchto suchých kalibrací může být několik, počet je dán složitostí profilu. Pro dosažení požadované přesnosti profilu je materiál procházející kalibracemi přisáván ke stěnám nástroje pomocí vakua. Již tuhý plast potom postupuje do tzv. tanku (nádrže s vodou), ve kterém jsou umístěny krátké kalibrace, kde dochází k úplnému dochlazení profilu. Z nástroje pak již vystupuje nekonečný okenní profil, který má nejen poměrně složité vnější tvary, ale jeho vnitřní prostor je ještě přepážkami rozdělen na několik komor pro dosažení požadovaných tepelněizolačních vlastností. Za krátkou kalibrací ale může být ještě zařazen PCE (postcoextruder), který slouží pro nástřik těsnění do drážek okenního profilu. Jedná se o přístřik jiného typu plastu, který se pak stává pevnou součástí profilu. Na konci extruzní linky (mimo vlastní nástroj) je vyrobený profil rozřezán na jednotlivé díly požadované délky.

Každá z výše uvedených částí je opatřena menším či větším počtem technologických otvorů (například pro vodní chlazení nebo pro přívod vakua) a samozřejmě i montážními otvory. Při výrobě formy je nutné dbát na vysokou přesnost, jelikož plastový granulát pro výrobu okenních profilů je velmi drahý a o pouhou setinu milimetru širší stěna profilu by znamenala vyšší spotřebu granulátu a tím pro výrobce i nemalé náklady navíc. Výrobní tolerance součástí formy se proto pohybují kolem 0,02 mm.

Pojďme se ale již podívat do výroby. Pro výrobu protlačovacích forem se používá chromová ocel 1.2316 s 15–17 % chromu, která se vyznačuje nejen požadovanou otěruvzdorností, ale současně i obtížnou obrobitelností. Pro výrobu jednotlivých dílů formy se používají buď nakupované polotovary z tohoto materiálu, nebo se na pile nařežou přířezy z válcovaného polotovaru požadovaného průřezu.

Tento materiál je u firmy GPN opracováván jak konvenčními metodami (frézováním, broušením, leštěním, vrtáním), tak elektroerozí (drátovým řezáním i hloubením). „S ohledem na zpracovávaný materiál a požadovanou přesnost používáme přesná a tuhá obráběcí centra. Během podzimu doplníme náš strojní park o nové obráběcí centrum od japonské firmy Kitamura,“ přibližuje základ strojního vybavení Ing. Sedlák. Mezi elektroerozivními stroji svým počtem zase kralují drátové řezačky Fanuc.

Hlavy a většina suchých kalibrací se z větší části vyrábějí v Rakousku. Příslušné polotovary pro jejich výrobu se však připravují v Trhových Svinech – ofrézují se na hrubovacím centru, přebrousí a odešlou k obrobení do Nussbachu. Již v této úvodní části výrobního procesu se při hrubování tvarů z ocelové „kostky“ používá jeden z nástrojů od firmy Walter – vysokoposuvová frézu F2330.

K dokončení se díly opět vracejí do závodu v Trhových Svinech. U hlavy jde především o ruční leštění vnitřních tvarových rozměrů a montáž. Hlava je přitom složena ze 7 nebo 8 dílů deskového tvaru poskládaných za sebou a také z tzv. trnů pro vytváření vnitřních dutin v profilu. U suchých kalibrací se jedná například o srážení hran, řezání závitů, hloubení vakuových drážek a především o ruční leštění vnitřních tvarových otvorů, zkoušky těsnosti, měření a montáž. Suché neboli dlouhé kalibrace tvoří blok vodorovně rozřezaný na několik dílů pro možnost přístupu k tvarové dutině nástroje. Také tyto díly jsou opatřeny velkým množstvím dalších technologických otvorů.
Pro výrobu závitů se jak v českém, tak v rakouském závodě používají výhradně strojní závitníky Walter, ať už jde o nástroje pro metrické závity nebo u nás atypické nástroje pro závity trubkové nebo závity podle amerických norem. Výběr ale nebyl ponechán náhodě. „U naší mateřské firmy se dělaly velké testy závitníků od různých dodavatelů a zvítězila právě firma Walter,“ vysvětluje ing. Sedlák. „Jedná se o kvalitní nástroje s dlouhou životností a příznivým poměrem ceny a výkonu.“

Krátké kalibrace se kompletně vyrábějí v nástrojárně v Trhových Svinech. Nařezané díly ve tvaru silnějších obdélníkových desek nejprve putují na obráběcí centrum, kde se obrobí základní tvar, vyvrtají se startovací otvory pro drátořez a technologické otvory, které se podle potřeby opatří závity. Jelikož i tyto desky budou v jedné z následujících operací rozřezány na větší počet menších dílů, musejí být ve svislém směru provrtány otvorem pro stažení šrouby M8, aby nástroj bylo možné rozebrat, seřídit a sestavit. Jelikož je potřeba provrtat tento díl nástroje v celé výšce, jedná se s ohledem na jeho rozměry o operaci hlubokého vrtání nástroji o délce 20x D a excelují zde právě nástroje firmy Walter, konkrétně vrták typu XD. „Podařilo se nám technologii vyladit tak, že i v tak obtížně obrobitelném materiálu, jako je 1.2316, dosahujeme s tímto nástrojem životnosti více než 1.000 minut,“ říká pan Šafránek a dodává: „Podmínkou je pomalé zavrtání, vysokotlaké chlazení, vysoká tuhost stroje a zvýšili jsme také koncentraci chladicí emulze. Nástroj přitom nijak nešetříme, pracujeme na horní hranici řezných podmínek. Když jsme tento nástroj porovnávali s konkurenčními, dosáhli jsme při stejných parametrech obrábění životnosti třeba i jen 16 minut.“ Důležitá je také vyrovnanost kvality nástrojů Walter. „U jiných dodavatelů jsme zjistili velké výkyvy v životnosti nástrojů z různých dodávek,“ doplňuje kolegu ing. Sedlák. „U Walteru víme, že když ten samý vrták koupíme za měsíc, bude to stále tentýž nástroj.“ Přes tyto vynikající výsledky je ale třeba stále zkoušet něco nového. V současné době proto probíhají testy hlubokého vrtání zcela novým typem vrtáku DC 170 od firmy Walter.

Po obrobení na frézovacím centru se jednotlivé díly přebrousí na rovinné brusce na konečný rozměr a převezou se na drátovou řezačku, kde se vyřeže tvarový otvor a deska se rozřeže podle složitosti profilu na 10 až 12 dílů. Poté již následuje jejich sestavení a dokončení včetně přeleštění funkčních ploch.

Nástrojárna však vyrábí i řadu dalších dílů potřebných pro sestavení celé formy. Mezi nejzajímavější patří díly PCE pro nástřik těsnění na hotový profil, a to zejména s ohledem na miniaturní rozměry kanálků, které je třeba v těchto dílech vyfrézovat. Pro tuto práci se používají mikrofrézy již od průměru 0,6 mm, s nimiž se frézuje až do hloubky 30x D.

Také konstrukční provedení samotných nástrojů či extruzních linek se mohou významně lišit. V některých případech se používají dvojnásobné či čtyřnásobné vstupní hlavy, z nichž pak vystupují dva nebo čtyři profily. Některé linky zase mohou zpracovávat dva materiály současně – například pro vnější strany kvalitní materiál, pro vnitřek levnější.

Vždy ale platí, že všechny nástroje, které GPN ve výrobě používá, prošly dlouhodobými provozními testy. „Testům nových nástrojů se rozhodně nebráníme,“ uvádí pan Šafránek. „Pokud potřebujeme nový nástroj, oslovíme zavedené dodavatele, nástroje odzkoušíme a vybereme z nich nejlepší. Máme samozřejmě více dodavatelů, protože určité technologii nejlépe vyhovuje určitý typ nástroje. Rozhodující je pro nás stabilita procesu, protože máme kusovou výrobu a zpracováváme drahý polotovar vyráběný na zakázku. Musíme tedy mít jistotu, že při výrobě nedojde k havárii nástroje a ke zničení dílce.“ Důležitou roli ovšem hrají i navazující služby. „U Walteru oceňujeme dodávku nástrojů do druhého dne, stejně jako kvalitní servis, pokud potřebujeme vyřešit nějaký technický problém,“ uzavírá ing. Sedlák.

Pavel Marek, Trhové Sviny