Témata
Reklama

Rekordní obrábění titanu

Firma Fives Cincinnati, výrobce strojů, si pro dosažení maximálního úběru materiálu u kopírovacích „superfrézek“ zvolila upínací adaptér vřetena KM4X od firmy Kennametal.

Pokud jde o výrobce letadel všech velikostí, jejich dodavatelé při výrobě dílů a komponent často pracují s obtížně obrobitelnými materiály. Zpoždění výroby přitom může vést ke zrušení objednávky a rychle přiměje výrobce, aby si našel lépe vybaveného dodavatele.

Reklama
Reklama
Reklama

Frézky pro obrábění titanu

Jedním z výrobců strojů, kteří to vědí nejlépe, je firma Fives Cincinnati. V jejím závodě v Hebronu v Kentucky v USA se vyrábějí obráběcí centra Cincinnati, systémy pro kladení vláknové výztuže do dílů z kompozitních materiálů a vícevřetenové kopírovací frézky Cincinnati. Podle firmy Fives Cincinnati je na celém světě v provozu více než 650 jejích kopírovacích frézek, a proto není žádné komerčně vyráběné letadlo, kde by nebyl ani jeden díl vyrobený touto frézkou.

Kopírovací frézka XT od firmy Fives Cincinnati s pěti vřeteny určená pro frézování titanu

Výkonné frézky nové generace Cincinnati XTi, které se dodávají v portálové konfiguraci s třemi nebo pěti vřeteny, jsou v mnoha ohledech impozantní. Jsou určeny pro výrobce, kteří obrábějí různé materiály: jejich vřetena se 7 000 otáčkami za minutu dokážou obrábět hliník a ocel a vřetena s velkým krouticím momentem, až 2 523 Nm, jsou určena pro obrábění titanu a jiných vysokopevnostních slitin. Ve firemních prospektech se o těchto frézkách tvrdí, že jsou to jediné vícevřetenové stroje určené pro hrubování titanu. Při obrábění titanu dosáhly rekordu v úběru materiálu: více než 1 600 cm3 za minutu. Tyto obrovské stroje s pojezdem osy X 4 267 mm (s možností prodloužení o dalších 3 658 mm), Y 3 683 mm a Z 711 mm dosahují nových rekordů i díky volitelnému adaptéru vřetena KM4X100 od firmy Kennametal.

Z nejslabšího článku největší přednost

Obrábění vysokopevnostních materiálů, jako je titan, je vždy problém, ať jde o velkou kopírovací nebo portálovou frézku nebo frézování na menších obráběcích centrech. Pro obrábění vysokopevnostních slitin s maximální efektivitou je nutné maximalizovat úběr materiálu při malých řezných rychlostech a značných řezných silách. Výrobci strojů, jako Fives Cincinnati, pro tyto účely konstruují speciální frézovací centra se zvýšenou tuhostí a tlumením chvění vřeten, aby tak minimalizovali nežádoucí vibrace, které mají nepříznivý vliv na kvalitu dílů, výkonnost a životnost nástrojů. Ačkoliv nové konstrukční prvky stroje přinesly vyšší produktivitu, nejslabším článkem zůstává upínací adaptér vřetena.

Pracovní prostor kopírovací frézky XT

Upínací adaptér vřetena, tj. rozhraní mezi obráběcím strojem a nástrojem, je určující pro to, kolik materiálu bude moci stroj v dané operaci odebrat. Je to proto, že adaptér musí přenést velké zatížení a přitom si udržet svou pevnost až do maximální výchylky nástroje nebo do dosažení mezních vibrací. Vřetena sice mohou být schopná přenést velký točivý moment, ale řezná síla vyvolává také moment v ohybu, který může přesáhnout limitní hodnoty dříve, než je dosaženo maximálního krouticího momentu. Očividné je to u čelních stopkových fréz, jejichž typická délka vyložení je větší než u jiných nástrojů – omezujícím faktorem je schopnost vřetena odolávat namáhání v ohybu. Například u víceřadé frézy s výměnnými břitovými destičkami s vyložením 250 mm od čela vřetena a průměrem 80 mm při úběru 360 cm3.min-1 materiálu Ti6Al4V, kdy radiální tloušťka řezu je 12,7 mm a axiální hloubka řezu 63,5 mm, vzniká moment v ohybu 4 620 Nm, zatímco moment v krutu je méně než 900 Nm.

Upínací adaptér vřetena KM4X100 je klíčovým prvkem pro dosažení maximálního úběru materiálu.

Upínací adaptéry vřetena nové generace KM4X od firmy Kennametal kombinují velkou upínací sílu s optimalizovanými úrovněmi přesahu a vytvářejí tak robustní spojení s extrémní tuhostí a odolností proti momentu v ohybu. Při zpracování titanu, vysokopevnostních slitin a podobných materiálů umožňují dosáhnout extrémně velkých úběrů materiálu a obrobit více dílů za den.

Změny v parametrech frézek

Polotovarem typických dílů pro letadla je výkovek, z nějž je třeba odebrat velké množství materiálu, aby se dosáhlo požadovaných rozměrů. Poměr BTF (Buy-To-Fly, tj. poměr hmotnosti výchozího polotovaru a hmotnosti hotového dílu) může být podle druhu vyráběného dílu 4:1, 8:1 nebo více.

Kopírovací frézky Cincinnati první generace dosahovaly při obrábění titanu úběru 66 cm3.min-1. Limitující zde byla konstrukce stroje a nástrojového vřetena. Frézky Cincinnati XT nové generace s upínačem HSK 125 dosahují úběru 820 cm3.min-1. A s upínačem KM4X100 je možné dosáhnout dvojnásobné hodnoty 1 640 cm3.min-1. Dokonce i tato hodnota úběru, které bylo dosaženo při továrních testech, je pod teoretickou mezní hodnotou danou limitním momentem v ohybu.

Upínací adaptér vřetena KM4X s lehkostí prošel nejnáročnějšími testy.

U předchozí verze frézek byl testován stroj s kuželovým upínacím pouzdrem CAT-60. Rozdíl mezi ním a pouzdrem CAT-50 lze přirovnat k rozdílu mezi řízením tanku a SUV. Adaptér KM4X100 ale umožňuje dosáhnout ve srovnání s kuželovým pouzdrem CAT-60 dokonce ještě dvojnásobného úběru materiálu. CAT-60 má ovšem ve srovnání s CAT-50, HSK100 nebo KM4X100 téměř dvojnásobnou hmotnost.

Jednodušší výměna nástrojů

Výměna nástrojů u mnohých portálových frézek je manuální, ačkoliv k dispozici je i systém pro automatickou výměnu nástrojů se zásobníkem. To, že adaptér KM4X má větší odolnost proti momentu v ohybu, znamená, že ve srovnání s nástroji se stopkou CAT nebo HSK lze při stejné odolnosti proti momentu v ohybu použít lehčí nástroj. To je pro obsluhu stroje z ergonomického hlediska velká výhoda. Uživatelům, kteří si zvolili systém automatickou výměnu nástrojů, přináší KM4X možnost umístit do prostoru zásobníku více nástrojů.

Kopírovací frézka v činnosti

Výkonnější upínací adaptér KM4X není přínosem jen pro stroje nové konstrukce, ale může být výraznou posilou i pro stávající stroje, které už jsou v provozu. To umožňuje výrazné vylepšení při retrofitech starších strojů.

Kopírovací frézka Fives Cincinnati XT s adaptérem KM4X úspěšně prošla náročným testem, při němž se v polotovaru vytváří tvar podobný sáňkařské dráze, a přitom je vyvozen maximální točivý moment a řezná síla.

Testování řezných podmínek

Pro vyzkoušení skutečného potenciálu nové konfigurace frézky používá Fives Cincinnati extrémně náročný test – tedy skutečně něco, s čím se stroj v praxi nepotká. Nástrojem je obráběn titanový polotovar tak, že se v něm vytváří hluboký a kontinuální řez podobný sáňkařské dráze. Při sousledném frézování se tak dosáhne maximální hloubky řezu a točivého momentu, kdy jsou stroj, vřeteno i nástroj podrobeny extrémnímu namáhání.Tyto testy jsou průběžně vyhodnocovány a další vylepšení jsou tedy na obzoru.

Carsten Gromoll

Kennametal

carsten.gromoll@kennametal.com

petr.paroulek@kennametal.com

www.fivesgroup.com

www.kennametal.com

Něco navíc

Videoklip z řezných zkoušek při současné práci všech pěti samostatných vřeten si můžete prohlédnout zde.

Reklama
Související články
Profesor Přemysl Pokorný 80

V prosinci tohoto roku se prof. Přemysl Pokorný dožívá významného životního jubilea 80 let. V roce 1966 dokončil studia v oboru Strojírenská technologie na VŠST v Liberci. Po krátkém působení v průmyslové praxi zahájil v roce 1968 svoji akademickou kariéru na Fakultě strojní VŠST v Liberci, později TUL.

Profesor Stanislav Hosnedl 80

V říjnu tohoto roku se prof. Stanislav Hosnedl dožívá významného životního jubilea 80 roků. V roce 1964 dokončil studia v oboru Konstrukce obráběcích strojů na VŠSE FST v Plzni. Roku 1984 získal vědecko-akademický titul CSc., který po revoluci, později v roce 1990, obhájil také na ČSAV Praha. V roce 1992 se habilitoval a konečně v roce 2002 byl jmenován profesorem pro obor Strojní inženýrství.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

Související články
Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Slídič diamantů

Povrchová těžba ničí vzácné minerály ukryté v jinak bezcenné hornině. Ruští vědci proto zkoušejí způsob, jak diamanty zmapovat pomocí rychlých neutronů.

Energetická náročnost obráběcích strojů, část 2: Vliv výrobních strojů

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Navíc zde hrají roli politika a byznysové zájmy, a tak je velmi obtížné se ve všech, často protichůdných, informacích vyznat.

Důraz na udržitelnost, digitalizaci a 3D tisk

Japonsko je zemí, kde se rodí nejmodernější technologie a kde se dbá na udržitelný způsob života. Je kolébkou průmyslu a domovem největších průmyslových firem. Každé dva roky mají návštěvníci z celého světa možnost nahlédnout prostřednictvím veletrhu Jimtof (Japan International Machine Tool Fair) pod pokličku nejnovějších inovací v oboru obráběcích strojů a jejich příslušenství. Díky pozvání Japonské asociace výrobců obráběcích strojů JMTBA jsme měli možnost zúčastnit se tohoto veletrhu osobně. V následující reportáži se vám pokusíme zprostředkovat alespoň pár nejzajímavějších témat, která zde zazněla.

Na cestě ke zrození stroje: Závěrečné ohlasy

Série 10 článků konstruktéra Michala Roseckého během celého roku popisovala proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku se autor snažil čtenáře provázet tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 9. Know-how

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 8. Logistika

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 7: Realizace

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 6: Projekce

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje výrobu obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a jež po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 5: Zakázka

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje, část 4.
Prezentace nabídky

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

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