Témata
Reklama

Vyvrtávací tyče s tlumením zvyšují kvalitu obrábění

Pro některé operace obrábění jsou potřebné dlouhé vyvrtávací tyče a upínače. Ty jsou však náchylné k vibracím, což snižuje výkon obrábění a přesnost výroby. Vyvrtávací tyče s tlumením zlepšují značně kvalitu obrábění.

Pro obrábění děr jsou často potřebné nástroje s poměrem délky k průměru l:d > 5. Použijeme-li standardní vyvrtávací tyče pro l:d > 5, jsou tyto velmi náchylné ke vzniku vibrací, což vede k nestabilnímu obrábění, ke zkrácení trvanlivosti břitu nástroje a ke zhoršené kvalitě obrobeného povrchu. Pracovní prostor, který máme k dispozici pro danou operaci obrábění, je většinou omezený a zvětšení průměru vyvrtávací tyče s cílem zvýšení stability vyvrtávání není ve většině případů možné a ani účelné vzhledem k neúměrnému zvýšení hmotnosti tyče.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. U vyvrtávacích tyčí s tlumičem byly během zkoušek obrábění měřeny senzorem vznikající vibrace tyče.

Snížení amplitudy kmitání vyvrtávací tyče je možné dosáhnout použitím tlumiče vibrací. S cílem prověřit použití této metody tlumení vibrací byla v roce 2011 zahájena spolupráce mezi EWS Weigele a Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) Univerzity Stuttgart při vývoji vyvrtávacích tyčí s tlumením (obr. 1). V současné době bylo úspěšně dokončeno řešení projektu, který byl finančně podporován Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie.

Chování vibrací bylo studováno na modelu

Výchozím nástrojem byla konvenční vyvrtávací tyč od EWS s l:d = 5. Aby se určila dominantní vlastní frekvence vyvrtávací tyče a tomu odpovídající amplituda kmitání, byla experimentálně zjištěna její kmitočtová charakteristika v ohybu (NFG). Odtud lze z NFG vypočítat účinné tlumení vibrací. Zjištěná vlastní frekvence, ohebnost a hodnoty tlumení byly základem pro sestavení a ověření modelu simulace, který je založen na metodě konečných prvků – FEM (obr. 2).

Obr. 2. Modální analýzou metodou konečných prvků netlumené vyvrtávací tyče byly získány vlastnosti vznikajících vibrací.

K vytvoření modelu a provedení simulací byl použit simulační program Ansys – Workbench. Pomocí modelu konvenční vyvrtávací tyče bylo možné provést studium parametrů, s cílem určit a kvantifikovat vliv parametrů na chování vibrací. Z výsledků simulace byla navržena konstrukce tlumiče a na počítači bylo ověřeno jeho chování, dříve než byl vyroben prototyp. Obrázek 3 ukazuje CAD model vyvinutého a posléze vyrobeného prototypu tlumené vyvrtávací tyče.

Tlumení je založeno na koncepci pomocné přídavné tlumicí hmoty

Tlumič vibrací má za úkol minimalizovat amplitudu vibrací kmitajícího systému. Zatímco aktivní tlumič systému vynuceného kmitání energii cíleně dodává, pasivní tlumič kmitání pohybovou energii kmitajícímu systému odebírá. Tlumič vyvrtávací tyče vyvinutý v tomto projektu je založen na koncepci tlumiče s pomocnou přidanou hmotou. Přeměna energie při použití tohoto pasivního tlumiče má dvě příčiny. Za prvé kinetická energie pomocné přidané hmoty působí proti kmitání tyče a ohybové kmitání vyvrtávací tyče je tak brzděno. Za druhé efekt tlumení působí také změna energie kmitání vazby mezi vyvrtávací tyčí a přidanou hmotou. Maximálního tlumení je možné dosáhnout, jsou-li poloha a přidaná hmota tlumiče, jakož i tuhost a vlastnosti tlumení spojených elementů tyče ideálně vzájemně sladěny.

Obr. 3. Model v CAD prototypu tlumené vyvrtávací tyče

Tento případ byl u systému vyvrtávací tyče od EWS stanoven pomocí analytického vypočtu. Matematický nástroj vychází z Timošenkovy „balkonové“ teorie (teorie letmo uloženého nosníku). Kromě konstrukčního provedení a vyrobení tlumené vyvrtávací tyče představuje programování a odzkoušení tohoto nástroje podstatnou část dvouleté vývojové práce. Potřebná modelová data byla stanovena na základě řady experimentů s různými prototypy tlumičů, jakož i pomocí simulací metodou konečných prvků.

Funkčnost byla odzkoušena experimentálně

Funkčnost nové vyvrtávací tyče byla odzkoušena experimentálně. Výpočet tlumiče nástroje byl prováděn vždy podle velikosti vyložení zkoušené tyče z upínače. Průměr vyvrtávací tyče byl 50 mm. Konstrukce upínače vyvrtávací tyče umožňovala měnit její vyložení. Vedle zjištění ohybové frekvence měřením obsahovaly tyto experimenty také pokusy obráběním. Tak bylo možné určit i stabilitu procesu a výsledky obrábění, analyzovat a porovnat tyč s tlumičem se standardní vyvrtávací tyčí bez tlumiče.

Obr. 4. Dynamická ohybová poddajnost v závislosti na poměru l:d a použitém typu tlumiče

Na obrázku 4 je diagram ukazující vliv různých provedení tlumiče tyče na maximální dynamickou poddajnost v ohybu. Provedení podle varianty 1 vykazuje nejvyšší, podle varianty 3 nejmenší dynamickou poddajnost. Pro srovnání je vlevo ukázána poddajnost v ohybu pro netlumené vyvrtávací tyče. Při experimentech byly zkoušeny tyče s poměrem l:d = 6, 7 a 8. Jak je patrné z diagramu, snižuje se maximální poddajnost v ohybu dlouhé vyvrtávací tyče s l:d = 8 z Ndyn = 26,1 μm.N-1 na Ndyn = 2,3 μm.N-1. Rovněž vypočítaná hodnota tlumení se zvýšila z 0,6 % v případě tyče bez tlumení na 7,5 % při použití tlumiče podle varianty 3.

Lepší kvalita obrábění při použití vyvrtávací tyče s tlumičem

Pokusy vyvrtávání vyvrtávací tyčí s l:d = 6 potvrdily uvedené výsledky. Na obrázku 5 jsou ukázány výsledné obrobené plochy válce bez použití tlumiče, jakož i při použití výše popisovaných tlumičů s přídavnou hmotou. Pracovní parametry uvedené v obrázku byly vždy konstantní. Je zřejmé, že kvalita obrábění je při použití tlumiče zřetelně lepší. Naměřená drsnost obrobeného povrchu to také dokazuje. Střední hodnota drsnosti je u tyče bez tlumení Ra = 28 μm, u tyče s tlumičem podle varianty 3 se zlepší na Ra = 1,9 μm. Tak je jasně prokázána funkčnost vyvrtávacích tyčí s tlumením.

Obr. 5. Výsledky obrábění s vyvrtávací tyčí o poměru l:d = 6 s tlumičem a bez tlumiče

Vzhledem k úspěšným výsledkům experimentů byly vyvrtávací tyče s tlumením zařazeny do výrobního programu firmy EWS a pod názvem EWS-Rigid představeny veřejnosti poprvé na veletrhu EMO Hannover 2013.

Vyvrtávací tyče s tlumením jsou vyráběny v různých rozměrech od průměru 32 mm. Jak na straně stroje, tak také na straně nástroje existují různé připojovací systémy, jako HSK, EWS-Capto, TS, ABS a EWS vlastní provedení rychlovýměnného upínacího systému Varia. Kromě toho firma nabízí také možnost dodat zvláštní provedení upínače podle požadavků zákazníka. U firmy EWS má zákazník možnost projednat a objednat provedení navržené speciálně pro daný případ obrábění i při jiném poměru l:d.

Uwe Heisel a kol.
MM Das Industriemagazin č. 49, 2013
Zpracoval: -VŘ-

dana.benesova@mmspektrum.com

Poznámka zpracovatele: V České republice je autorským osvědčením AO 229 530 (autoři Čapek, K., Polášek, M., Řasa, J., Vaněk, J.) z roku 1986 chráněno provedení dvouhmotového tlumiče vibrací vyvrtávacích tyčí.

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 140511
Datum: 13. 05. 2014
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
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.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Související články
Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Proč používat strategii trochoidního frézování?

Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

Rychlovýměnný upínací systém

Společnost v-tech v minulém roce představila modulární rychlovýměnný systém pro CNC obráběcí stroje. Slouží jako rozhraní mezi stolem CNC stroje a upínačem obrobku, který může být v podobě svěráku, univerzálního sklíčidla či přípravku.

Zero point - efektivní způsob upínání obrobků

Soustava stroj–nástroj–obrobek předurčuje, jak přesné a kvalitní bude obrobení polotovaru obrobku. K významným, ale bezesporu velmi podceňovaným prvkům tohoto procesu patří také upínání obrobku. O trendech v upínání obrobků pomocí technologických palet pojednává tento příspěvek.

Na cestě k nulové chybě upínání

I ta nejmenší cizí tělíska (prach, třísky apod.) mezi dutinou vřetena a stopkou nástroje mohou zapříčinit nepřesnost upnutí vrtáku nebo frézy, což má za následek výrobu zmetků nebo poškození nástroje a tím přerušení výroby. Toto mohou odstranit měřicí systémy se senzory.

Jak úspěšné soustružit tvrzené součástí

Soustružení tvrzených součástí (HPT) se v průběhu posledních 10 -15 let stalo respektovanou a cenově efektivní alternativou k broušení. Bylo prokázáno, že díky této metodě lze zkrátit dobu obrábění a snížit náklady o 70% i více. Ale vedle výhod souvisejících se zkrácením vlastního času cyklu, nabízí HPT i celou řadu dalších výhod. HPT je definováno jako soustružení ocelí s tvrdostí vyšší než 45 HRC (obvykle v rozmezí 55-68 HRC), přičemž jako typické příklady obráběných součástí lze zmínit brzdové kotouče, převodová kola, pastorky řízení, sedla ventilů, písty, vložky válců nebo tělesa spojek.

Automatizace výroby s minimálními personálními nároky

Ať už s možností frézování, nebo soustružení, 4osého, nebo 5osého obrábění, s výměnou palety, či bez ní, s kruhovým zásobníkem palet, věžovými upínacími přípravky pro vícenásobné upínání obrobků, automatizací a progresivním ovládacím panelem, univerzální 5osá obráběcí centra lze flexibilně přizpůsobit a rozšířit pro každou aplikaci.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Efektivní vrtání

Široká nabídka produktů řady WTX-Change společnosti WNT s vyměnitelnými TK vrtacími hlavami se nyní ještě rozšiřuje o dvě nové geometrie. Výhody z toho plynoucí mohou nyní využívat především firmy specializující se na obrábění ocelí s vyšší pevností a na obrábění šedých litin. Další již známou přidanou hodnotu představuje možnost výměn TK vrtacích hlav na ocelovém nosiči.

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