Témata
Reklama

Vysokorychlostní frézování kalených ocelí při výrobě zápustek

Racionální výrobní postupy při moderní výrobě zápustek využívají komplexního obrábění kalených materiálů na speciálních HSC obráběcích centrech, které zahrnuje hrubovací a dokončovací HSC frézování, vrtání do plna, vyvrtávání, závitování a hluboké vrtání. To společně s vysokým stupněm automatizace přispívá k dosažení maximálního časového využití vřetene stroje a tím též kratších dodacích lhůt, ke zlepšení jakosti konstrukčních dílů a ke snížení výrobních nákladů.

Horizontální obráběcí centra speciálně navržená pro HSC obrábění kalených materiálů dokážou na základě geometrie CAD modelu ekonomicky frézovat přímo do kalených materiálů. Podstatnou úlohu přitom hrají jak použité řezné materiály a řezné nástroje, tak i informačně technické prostředí. Frézování vysoce pevných kalených materiálů (Rm 2000 MPa) v rozsahu tvrdostí od HRC 48 do HRC 54 lze dobře zvládnout, jestliže omezující technické podmínky budou přímo zahrnuty v návrhu procesu a strategiích obrábění. V zápustkách pak lze bezpečně realizovat hloubky dutin o velikosti 5 ÷ 10 x D, tvarové přesnosti ?0,015 mm a jakosti povrchu Ra = 0,5 µm.
Kovací zápustky mají dobré předpoklady pro komplexní obrábění frézováním díky své nepříliš složité geometrii a vysoké jakosti povrchu. Přesnost při výrobě zápustek by v zásadě měla být o 1 až 3 jakostní čísla ISO lepší než požadovaná přesnost výkovku, přičemž pro tyto přesnosti zpravidla vychází IT 8/9 až 12.
Reklama
Reklama
Reklama

Náhrada elektroerozivního obrábění HSC frézováním

Cílem je, aby elektroerozivní obrábění bylo při výrobě zápustek nahrazeno HSC frézováním kalených materiálů. Přitom je možné komplexní obrobení polotovaru zakaleného na konečnou pevnost, tedy hrubování i dokončování. Vedle drastického snížení počtu operací se tak zároveň zabrání poškození povrchu způsobenému elektrojiskrovým obráběním, což přináší podstatné prodloužení životnosti zápustky.
Velké zkušenosti ve stavbě strojů pro HSC frézování kalených materiálů při průmyslové výrobě kovacích zápustek má firma Makino, kterou v ČR zastupuje společnost Penta Trading. Díky zvládnutí celého procesního řetězce a podpoře transferu technologie Makino je dnes realitou sériová výroba zápustek až do velikosti výrobní dávky 1ks. Protože technologie byla úspěšně zvládnuta, můžeme myslet i na racionalizaci výroby cestou automatizace, která umožňuje maximalizaci doby běhu stroje až na dosažitelnou hranici 6000 i více strojních hodin ročně. Společnost Makino na celém světě realizovala již přes 600 pružných výrobních systémů (z toho 50 % v Evropě).

Optimální konstrukce obráběcího centra

Při komplexním obrábění s využitím automatizace poskytuje horizontální obráběcí centrum podstatné výhody oproti vertikální koncepci. Přednosti horizontálního provedení spočívají v optimálním odchodu třísek, zejména při suchém obrábění, dále v možnosti nastavení 4. osy (vyklonění nástroje), v univerzální použitelnosti pro celé spektrum dílů konstrukce forem, ve vyšší procesní spolehlivosti a ve vyšší účinnosti při bezobslužném provozu. Podle provozních podmínek lze obráběcí centrum použít také přímo k obrábění výkovků a tím zvýšit využití stroje.
Výsledek práce bude rozhodujícím způsobem ovlivněn stavbou a provedením stroje, zejména tehdy, když se na jednom stroji bude provádět jak obrábění nahrubo, tak také obrábění načisto. K optimalizaci stavby strojů přijala společnost Makino řadu opatření. Tak například lože má vysokou vlastní tuhost a je tříbodově uloženo. Přenos řezné síly do stojanu a lože probíhá po nejkratší dráze, k pojezdu v osách X, Y, Z slouží předepjatá bohatě dimenzovaná kuličková vedení. Kuličkové šrouby jsou provedeny s velkým průměrem a malým stoupáním. Vřetena jsou oboustranně uložená, vysoce předpjatá a teplotně stabilizovaná.
Stroje Makino (například A88) mají integrované vřeteno speciálního provedení, které se vyznačuje velkým průměrem ložisek (? 100 mm), vysokým konstantním předpětím ložisek, vysokým rozsahem výkonu a točivého momentu (26 kW, 400 Nm), rozhraním HSK-A100 a životností 20 000 hodin při maximálních otáčkách 18 000 min-1. Vysokou přesnost a tepelnou stabilitu zajišťuje jednak systém odstředivého mazání, jednak patentovaný systém chlazení rotoru vřetena, pláště vřeten a jeho motoru. Tato konstrukce umožňuje produktivní obrábění zápustek s využitím komplexního obrábění, optimálního z hlediska výrobních nákladů.

Pohonná a řídicí technika

Dynamické chování stroje ovlivňuje rozhodujícím způsobem jak jeho koncepce, tak i pohony os. K pohonu kuličkových šroubů slouží digitálně řízené střídavé elektromotory. Inteligentní servořízení nazvané Super GI (Geometric Intelligence) zahrnuje digitální servopohony, výkonný procesor, rotační snímač s vysokou rozlišovací schopností a opatření k vyhlazení zákmitů vyšších řádů, což umožňuje dosáhnout vysokou míru dynamiky a jakosti povrchu. Servořízení Super GI umožňuje dosáhnout vysoké přesnosti obrábění - rozdíl skutečné a předepsané dráhy činí max. 0,01 mm.
Použitá řídicí technika a servotechnika je od firmy Fanuc. Schopnosti stroje lze dále rozšířit pomocí externích periferií, k nimž patří například NC paměti o kapacitě do 640 MB, možnost práce v DNC síti, 3D sonda pro obrobek i nástroj, strategie výměny nástrojů a palet a také sledování odběru proudu v systému vřetena a v servopohonech.

Pružný výrobní systém pro výrobu zápustek

Ukažme si nyní příklad systému realizovaného u výrobce dílů kovacích zápustek pro automobilový průmysl. Tento podnik původně při výrobě nových zápustek využíval konvenční horizontální obráběcí centra, na nichž se hruboval nezušlechtěný výchozí materiál. Obrábění 3D tvarů nahrubo i načisto a renovace zápustek byly prováděny na elektroerozivních obráběcích strojích.
Další vývoj směřoval k frézování tvarů na vertikálních obráběcích centrech s využitím CAD, CAM a DNC technologií. K porovnání různých komerčně dostupných koncepcí vertikálních a horizontálních center byl použit benchmarkingový test.
Jako řešení bylo zvoleno horizontální obráběcí centrum s pokročilou technologií vřetena HSK-A100. Zvolený systém bude sloužit k obrábění následujících skupin výrobků:
  • 3D kovacích zápustek, které budou obráběny v zakaleném stavu na obráběcím centru komplexním obráběním;
  • 3D kovacích zápustek, které budou na obráběcím centru v zakaleném stavu obráběny načisto, hrubování se bude provádět na konvenčním obráběcím centru;
  • 3D kovacích zápustek, které budou renovovány snížením tvaru o 5 mm.
  • Právě renovace celkového tvaru při opravě vytlučených kovacích zápustek je velmi náročnou operací, protože povrch obrobku je velmi tvrdý a často vykazuje trhliny. Shora uvedenou strukturu produktů je třeba v závislosti na rozsahu zakázky vyrábět od jednotlivých kusů až po malou sérii. Doby obrábění leží v intervalu od 180 do 900 minut.

    Struktura realizovaného PVS

    Systémová struktura byla konfigurována na základě profilu požadovaných výrobků a je tvořena dvěma horizontálními obráběcími centry A88 s paletou o velikosti 800 x 630 mm a s 90 místy v zásobníku nástrojů. Stroje mají vřetena s výkonem 26 kW, maximálními otáčkami 18 000 min-1, rychlostí posuvu 50 000 mm.min-1 a zrychlením 5 m.s-2. Dodávku obrobků zajišťuje modulární lineární dopravní systém se zásobníkem s kapacitou 10 míst a s otočnou/sklopnou nakládací a vykládací stanicí. Palety jsou opatřeny speciálními velmi tuhými úhelníky, na nichž jsou obrobky stabilně a bezpečně upnuty. Řízení pracoviště zajišťuje řídicí jednotka Makino B2, která pracuje na bázi průmyslového PC pod Windows 2000. Tato řídicí jednotka zajišťuje celkové operativní a dispoziční řízení všech zdrojů a systémových komponent. Data korekcí pro nástroje a přípravky jsou určena buď přímým zadáním, nebo jsou přenesena po síti. Zpracování zakázky probíhá ve statickém nebo v dynamickém pořadí. Řídicí systém pracoviště je připojen k nadřízenému systému, přes který probíhá výměna dat zakázek a NC programů. O zařízení pečuje servis přes telefonní modem. Zařízení lze díky jeho stavebnicové struktuře rozšířit až na 4 stroje a 4 nakládací a vykládací stanice, počet míst v zásobníku lze zvýšit podle požadavků.

    Shrnutí

    HSC frézování v kaleném materiálu při výrobě zápustek představuje inovační výrobní postup, ve kterém je ukryt nesmírný racionalizační potenciál. Plný užitek však tato technologie přinese jen tehdy, bude-li celý procesní řetěz optimálně vybudován, neboť stabilitu řetězu určuje jeho nejslabší článek. Bez vhodného softwaru, speciálně určeného pro HSC frézování kalených materiálů, by takové obráběcí centrum bylo jen "pomníkem". A naopak, bez vhodných strojů je i ten nejlepší software bezcenný. Racionalizace cestou komplexního obrábění a automatizace zvyšuje produktivitu, rychle amortizuje vysoké investice a zkracuje průběžné doby díky slučování operací.
    Reklama
    Vydání #4
    Kód článku: 20460
    Datum: 17. 04. 2002
    Rubrika: Trendy / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Pohodlné upínání magnetem

    Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

    Strojírenské podniky v době pandemie

    Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

    Kloubový robot uvnitř stroje

    V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

    Související články
    Přesnost zvyšující produktivitu

    Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

    Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

    Pro větší efektivitu ve výrobě

    Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

    Novinka z varnsdorfské líhně

    Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

    Vlajková loď pětiosého obrábění

    Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

    Československá stopa u nového rekordu

    Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

    Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

    Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

    Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

    Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

    Vyvrtávání hlubokých otvorů

    V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

    Efektivní likvidace obráběcích kapalin

    Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

    Robot s dvojitým uchopovačem zrychlil obsluhu CNC stroje

    Osvald Jensen A/S je dánská rodinná firma dodávající strojírenské produkty pod vlastní značkou. Ve své továrně v Dánsku firma vyvíjí a vyrábí součástky do převodovek pro široké spektrum využití. Zaměřuje se na produkci vysoce kvalitních šnekových převodovek, převodových ústrojí a ozubených kol nejrůznějších velikostí.

    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