Témata
Reklama

Produktivní obrábění velmi přesných válcových otvorů

Brněnská firma Final Tools s dlouholetou tradicí ve vývoji a výrobě obráběcích nástrojů ve spolupráci s plzeňskou ZČU ukončila vývoj nové nástrojové jednotky pro produktivní obrábění velmi přesných válcových otvorů, zejména v hydraulických komponentech.

V současné době známé nástroje a koncepce obrábění uplatňované na moderních automatizovaných CNC strojích v mnoha případech nezaručují požadovanou reprodukovatelnou přesnost výroby obrobků, u kterých je vyžadováno obrobení velmi přesných děr se stupněm přesnosti IT4–IT6, zejména v průměrech od 3 do 32 mm, hloubkou do 120 mm, kvalitou povrchu od Ra 0,6 µm, s vysokou tvarovou a polohovou přesností, především v hydraulických komponentech leteckého a automobilového průmyslu. To v některých případech vede k velkým výrobním ztrátám v důsledku prostojů velmi drahých multifunkčních robotizovaných obráběcích strojů a také k velkému podílu zmetkovitosti. Aby bylo dosaženo požadovaných přesností, je proto v některých případech nutné dokončovat obrábění děr abrazivním způsobem, tj. například honováním nebo broušením na dalších pracovištích, a to na úkor několikanásobně vyšších výrobních nákladů.

Reklama
Reklama
Nová nástrojová jednotka (Zdroj: Final Tools)

Požadavky na nástrojové jednotky

Velký vliv na řešení uvedených problémů mají nástrojové jednotky, které se skládají z výměnného pracovního nástroje a upínače, který je propojujícím členem pro spojení pracovního nástroje s vřetenem obráběcího stroje. V našem případě jde o nově vyvinutou samostředicí upínací část nástrojové jednotky.
S ohledem na požadované parametry rozměrové, tvarové a polohové přesnosti a požadavky na kvalitu obrobeného povrchu se jedná o upínače pro osové nástroje s válcovou upínací stopkou, které musejí splňovat tyto základní požadavky:

  • dostatečný přenos krouticího momentu ze stroje na nástroj;
  • spolehlivou reprodukovatelnost vysoce přesného středění nástroje vůči ose rotace vřetena stroje;
  • dostatečnou výkyvnou pružnost a tuhost upnutého pracovního nástroje ve vřetenu stroje;
  • dostatečný přívod množství procesní kapaliny k řezné části pracovního nástroje;
  • dostatečná statická a dynamická vyváženost nástrojové jednotky;
  • vysoká životnost upínače.

Nové technické řešení nástrojové jednotky

Nové technické řešení (obr. 1) spočívá v tom, že nástrojová jednotka sestává z upínacího tělesa s velmi přesným soustředným válcovým otvorem 2, v němž je uložena válcová upínací část 3 pracovního nástroje s předdefinovanou radiální vůlí. Pracovní nástroj 5 je s upínacím tělesem rotačně propojen pomocí unášecího prvku 4, který rotačně propojuje těleso s upínací částí výstružníku a axiálně zajišťuje jeho polohu definovaným silovým axiálním odpružením 1. Konstrukční provedení nástrojové jednotky umožňuje při vystružování kyvný (plovoucí) pohyb upínací části pracovního nástroje v radiální volnosti řádově v tisícinách milimetru, čímž ustavuje řeznou část vystružovacího nástroje do tzv. ideální osy vystružování, kdy všechny břity odebírají stejnou šířku průřezu třísky. K tomu je využíván přetlak procesní chladicí kapaliny, přičemž vstupní tlak procesní kapaliny musí být min. 40 barů.

Fotografie z testů na CNC centru na ZČU v Plzni. (Zdroj: Final Tools)


Výhody oproti známým technickým řešením:

  • uspořádání vystružovací jednotky je řešeno maximálně ergonomicky a uživatelsky přívětivě s ohledem na jednoduchost a rychlost upnutí vystružovacího nástroje;
  • vysoká životnost upínače;
  • vyšší provozní spolehlivost;
  • vyšší přesnost vystružených děr;
  • vyšší trvanlivost řezných břitů.

Průběh vývoje

Spolupráce se ZČU v Plzni probíhala od počátku řešení projektu při návrhu nové vystružovací jednotky. Samotnému návrhu nástrojové jednotky předcházely rozbory modelových případů silového zatížení výstružníku upnutého v systému upínání Final Tools s označením RC metodou konečných prvků. S využitím výsledků těchto simulací byla navržena nová nástrojová jednotka.

V dalším kroku byly provedeny experimenty k ověření užitných vlastností nástrojové jednotky. Pro experimentální ověření užitných vlastností byly vybrány obráběné materiály s ohledem na materiály běžně používané v praxi, především v hydraulickém průmyslu. Jednalo se o ocel ČSN 12 050 a litiny ČSN 42 2304 (GGG40) a ČSN 42 2306 (GGG60). Vyhodnocovány byly rozměrové i tvarové parametry vystružených děr. Dále parametry kvality obrobeného povrchu, reprezentované především drsností povrchu. Měření probíhalo ve třech nebo sedmi hladinách hloubky vystružené díry.

Graf závislosti kruhovitosti na vystružené délce pro dva různé materiály obrobků zachycující i změnu velikosti posuvu. (Zdroj: Final Tools)Při dlouhodobých zkouškách byla vyhodnocena také stabilita procesu. Na základě společného vyhodnocení výsledků pracovníky Final Tools se ZČU byly sestaveny doporučené pracovní podmínky pro novou nástrojovou jednotku.


Drsnost obrobeného povrchu Ra a v závislosti na vystružené délce. (Zdroj: Final Tools)

Testování výstružníků na ZČU

Pro prezentaci byly vybrány výsledky z experimentu na ZČU při vystružování díry ø 14,511 + 0,005 mm. Mezi vyhodnocované parametry rozměrové a tvarové přesnosti patřil skutečný průměr, kruhovitost a válcovitost vystružené díry, kdy bylo v každém materiálu vystruženo jedním výstružníkem přes 22 m děr. Velmi úzká tolerance skutečného průměru vystružené díry (tolerance průměru 5 μm) byla dodržena po celou dobu testování jednotlivých výstružníků. Stejně tak tomu bylo i pro parametr kruhovitosti (tolerance 3,5 μm) a válcovitosti (tolerance 4 μm). Výsledky vybraných měření jsou znázorněny na obr. 3. V případě kruhovitosti bylo dosaženo o minimálně 30 % lepší tvarové přesnosti oproti původně deklarované.

Faktorů ovlivňujících výslednou kvalitu obrobeného povrchu je celá řada. Patří mezi ně geometrie nástroje, řezné podmínky, stabilita řezného procesu, obráběný materiál apod. Z hlediska podmínek experimentu byly nejvýznamnějšími faktory obráběný materiál, posuv na zub a opotřebení břitu. Výsledky v grafu na obr. 4 prokazují, že vyšších hodnot drsnosti Ra bylo dosaženo při obrábění tvárné litiny GGG40. Stejných hodnot Ra bylo dosaženo navýšením posuvu při obrábění materiálu GGG60. Nízký posuv, použitý u materiálu GGG60, měl sice krátkodobě pozitivní vliv na Ra, ale negativní vliv na průběh opotřebení břitu, a tedy na trvanlivost. Dvojnásobné navýšení posuvu pro materiál GGG60 mělo dokonce pozitivní vliv na snížení zatížení vřetena během vystružování (viz graf na obr. 5). Při navýšení posuvu tedy bylo dosaženo: snížení velikosti opotřebení řezného břitu, snížení zatížení vřetena při vystružování a dodržení požadovaných tvarových a rozměrových tolerancí v průběhu vystružování. Navýšení posuvu na otáčku, potažmo posuvové rychlosti má přímý vliv na zvýšení produktivity obrábění.

Testování výstružníků na ZČU v Plzni a následné vyhodnocení naměřených dat, které byly porovnány s výsledky získanými společností Final Tools, jednoznačně prokazují, že nová nástrojová jednotka a navržená technologie jsou přenositelné na jiné pracoviště. Přitom je zajištěna reprodukovatelnost dosažených výsledků a vysoká provozní spolehlivost, což jsou parametry, které jsou v současné době nezbytnou podmínkou pro aplikaci v Průmyslu 4.0.

Pro zvětšení klikněte na tabulku

Zkoušky v praxi

Nová nástrojová jednotka pak byla dlouhodobě zkoušena v praxi u renomovaného výrobce hydraulických motorů. Výrobce standardně používá rozpínací výstružníky, u kterých musí vždy po 15–20 minutách řezu přenastavovat průměr řezné části a následně změřit první kus, což způsobí prostoj stroje cca 5–10 minut. To při produkci 1,5 mil. děr za rok způsobuje ztrátu cca 500 Nh.

Zatížení vřetena při vystružování (Zdroj: Final Tools)Doposud získané výsledky s novou nástrojovou jednotkou Final vedly k dosažení vyšší přesnosti vystružené díry a vyšší provozní spolehlivosti.


Vyšší přesnost vystružené díry umožňuje v mnoha případech odstranit následné operace broušení, případně honování. Dalším přínosem při případné montáži je možnost odstranění třídění do montážních skupin. Obojí znamená značné zjednodušení a zlevnění výroby, respektive montáže. Vyšší provozní spolehlivost je předpokladem k možnosti zavedení více strojové obsluhy, případně využití robotizovaných výrobních systémů v kontextu přechodu k Průmyslu 4.0.

Nové řešení nástrojové jednotky je chráněno užitným vzorem č. 33886. V řízení je patentová přihláška č. PV2019-773.

Těleso hydromotoru (Zdroj: Final Tools)V současné době Final Tools připravuje zařazení nově vyvinuté nástrojové jednotky mezi katalogové produkty pod obchodním označením HAFA. Vzhledem k tomu, že výsledek vystružování válcových otvorů je ovlivněn ještě mnoha dalšími faktory, které nejsou v článku uvedeny, chystá firma vytvořit technologický portál obsahující příklady z praxe obrábění, které pomohou technologům vždy určit nejlepší technické a ekonomické řešení výroby komponentů s velmi přesnými válcovými otvory.

Vyhodnocení nasazení nové nástrojové jednotky v praxi:

  • obrobek: těleso hydromotoru (viz obr. 6);
  • materiál: tvárná litina GGG60;
  • produkce: 1,5 mil. děr za rok;
  • počet obrobených děr v testu: 2 000;
  • nástroj: výstružník Final s břity z cermetu a PVD povlakem;
  • pracovní podmínky: vc = 160 m.min-1, vf = 2 380 mm.min-1.

Výsledky testů jsou uvedeny v tabulce.

Tento článek vznikl v rámci řešení projektu FV20637, který byl řešen s finanční podporou MPO v programu Trio.

Příklad aplikace nové nástrojové jednotky: https://prezentace.finaltools.cz, heslo: 12345

Final Tools

Reklama
Vydání #6&7,8
Kód článku: 200652
Datum: 10. 06. 2020
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Související články
Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

Související články
MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

Digitalizace: klíč k úspěchu

Již od roku 1919 zkoumá, vyvíjí a vyrábí zabezpečovací techniku společnost EVVA - rodinná firma se sídlem ve Vídni. To, že se nyní, přibližně o 100 let později, stala průkopníkem propojené výroby, je zásluhou její jasné strategie s důrazem na digitalizaci. Důležitým milníkem nové výrobní filozofie společnosti EVVA je soustružnické a frézovací centrum Hyperturn 65 Powermill v kombinaci se síťovým řídicím rozhraním Emconnect. S flexibilním výrobním systémem od společnosti Emco lze nyní kompletně automatizovat obrábění mosazných dílů v kusové výrobě i výrobě středních sérií.

MSV ve znamení obrábění

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i výrobci vynikajících obráběcích strojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Petra Odehnala z obchodního oddělení společnosti Pilart stroje.

Reklama
Předplatné MM

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