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
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:
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