HAIMER – uchwyty termokurczliwe w obróbce zgrubnej

Wydajność usuwania materiału w tego typu procesach ma podstawowe znaczenie dla produktywności procesu skrawania. Możliwość zastosowania specjalnych uchwytów narzędziowych wyposażonych w kamienie ustalające i narzędzia z naciętymi rowkami spiralnymi na chwycie, pozwala na pracę pełną szerokością narzędzia przy wysokim posuwie, nawet do głębokości 2xD (50 mm) lub więcej w zależności od materiału, który jest obrabiany. Badania aplikacyjne przeprowadzane przez producenta obrabiarek, firmę HELLER dowiodły zasadności stosowania systemu HAIMER Safe-Lock™.

Niemal każdego dnia osoby odpowiedzialne za produkcję, zwłaszcza w przemyśle lotniczym i energetycznym, stykają się z zagadnieniem połączenia efektywności ekonomicznej i wysokiej niezawodności procesu. Na szczęście, korzystając z faktu, że producenci maszyn stale pracują nad rozwojem i innowacjami w zakresie technologii, tego typu problemy udaje się rozwiązywać. Obrabiarki firmy Heller znane są jako przykład tego rodzaju innowacji. Firma, z siedzibą w Nuertingen w Niemczech, jest znana ze swych wysokiej jakości, 4- i 5-osiowych centrów obróbczych CNC, centrów tokarskich, maszyn do obróbki wału korbowego i wałków rozrządu wykorzystywanych w elastycznych systemach produkcyjnych. Klienci cenią sobie dostępność produktów, a także kompetencje firmy w realizacji oczekiwań klientów. Obie cechy wynikają z systemu produkcji Hellera, który opiera się na bliskiej współpracy z klientami, dostawcami i instytutami badawczymi, tak aby być w czołówce innowatorów.

Obróbka zgrubna jest procesem umożliwiającym znaczne oszczędności

Werner Kirsten, który pracuje w dziale rozwoju technologii firmy Heller i jest odpowiedzialny za obróbkę materiałów trudno obrabialnych, wyjaśnia: – Nasza oferta obejmuje optymalizację procesu obróbczego wraz z naszymi klientami i dostawcami. Aby móc zaoferować tego rodzaju wsparcie, nasze centrum technologiczne wyposażone jest w różnego typu obrabiarki. W większości przypadków celem jest podniesienie produktywności bez ryzyka związanego z niezawodnością samego procesu. Technolog Kirsten dodaje: – Bardzo często osiągamy ten cel przez zoptymalizowanie operacji zgrubnych, co z kolei wpływa na cały proces, dzięki skróceniu czasu operacji wykańczających. Utrzymywanie tych samych wartości technologicznych, a zarazem skrócenie głębokości cięcia o 50% skutkuje tym, że czas całego procesu zredukowany jest o połowę. Wymaga to jednak powtarzalnych i możliwych do skontrolowania rozwiązań podczas obróbki zgrubnej.

W związku z tym, w celu podniesienia produktywności należy uwzględnić wszystkie elementy łańcucha procesowego. Obrabiarka jest z pewnością najistotniejszym elementem całego procesu, ale nie można zapomnieć także o narzędziach, uchwytach mocujących, chłodziwie, a także innych elementach mających wpływ na powodzenie obróbki. 

– W końcu najsłabsze ogniwo całego procesu determinuje efekty pracy – podkreśla Werner Kirsten. W jego opinii większość dostawców wyposażenia nie zwraca uwagi na jakość uchwytu narzędziowego, chociaż jest to szczególnie istotne dla wysokiej wydajności obróbki. – Wiele z prób, które przeprowadziliśmy w ciągu ostatnich kilku lat tego dowiodło – wyjaśnia Kirsten. – Zdaliśmy sobie sprawę z tego, że oprawka ma niesamowity wpływ na proces obróbki. Na przykład, w przypadku uchwytów wzmocnionych środek ciężkości oprawki znajduje się znacznie bliżej punktu łożyskowania (ze względu na większą masę). Rezultatem tego, mamy znacznie mniej wibracji i dużo lepszą jakość powierzchni, aniżeli w przypadku użycia standardowych rozwiązań – dodaje. 

Mocowanie narzędzia – istotny czynnik wpływający na produktywność

Wybierając wysokiej jakości uchwyt narzędziowy, możemy uzyskać znakomitą produktywność i jakość powierzchni, nawet korzystając ze standardowych narzędzi skrawających. Werner Kirsten odnosi się do badań porównawczych dotyczących podstawowych narzędzi wyposażonych w 4 ostrza, bez możliwości doprowadzenia chłodziwa przez korpus narzędzia. Jako alternatywę do standardowej oprawki wybrał chwyt Haimer Power wyposażony w system Cool Flash, który zapewnia doprowadzenie chłodziwa bezpośrednio na krawędź tnącą narzędzia.

– Porównując stosowanie standardowego uchwytu termokurczliwego z uchwytem umożliwiającym doprowadzenie chłodziwa przez oprawkę byliśmy w stanie uzyskać znacznie lepsze rezultaty – mówi Kirsten. Kiedy grupa przedstawicieli przemysłu lotniczego, Uniwersytetu z Dortmundu i Uniwersytetu z Hamburga odwiedziła siedzibę firmy Heller, przeprowadzono testy z użyciem stopu tytanu Ti-6Al-4V. 

Nowe spostrzeżenia w trudnych przypadkach

Dostępne było centrum 4-osiowe Heller H5000 z wrzecionem HSK – A100, dla którego moment wynosi 2290 Nm. W celu zademonstrowania potencjału i możliwości maszyny użyto do testów różnych narzędzi o średnicy 25 mm, które miały pracować całą szerokością narzędzia, a sam test prowadzony był z wykorzystaniem tytanu. Aby zasymulować warunki stosowane w przemyśle lotniczym, narzędzia zostały zamocowane w uchwytach termokurczliwych. Przy głębokości skrawania pomiędzy 0,5 – 1xD proces obróbki wydawał się być bardzo powtarzalny i niezawodny. Z uwagi na to, że wrzeciono pracowało poniżej swoich możliwości, uczestnicy testu zgodzili się co do tego, że należy zwiększyć głębokość frezowania do 2xD. Werner Kirsten wyjaśnia: – Poniżej tych warunków, narzędzie wysuwa się z uchwytu podczas procesu frezowania, a w efekcie zwiększając głębokość do 2,5xD, narzędzie ulega zniszczeniu wskutek narastających sił skrawania.

Specjaliści uczestniczący w testach zgodnie stwierdzili, że siła mocowania narzędzia była czynnikiem ograniczającym w tym procesie. W momencie, w którym siła osiowa i wibracje są zbyt wysokie, narzędzie wysuwa się z uchwytu w kierunku przestrzeni roboczej. W tym samym czasie siły skrawania ciągle wzrastają i w efekcie narzędzie ulega uszkodzeniu, powodując również nieodwracalne zniszczenia w przestrzeni roboczej.

Przyczyny i możliwe środki zaradcze zostały omówione dość szczegółowo. Werner Kirsten rozwinął ideę, że narzędzia pracują w tym samym kierunku, w którym pracuje uchwyt, a siły trzymające narzędzie są przekroczone. I w ten sposób dotarliśmy do opatentowanego przez firmę Haimer systemu Safe Lock™, który oprócz ciernych sił mocujących, ma dodatkowo wzór spirali narzędzia. Teoretycznie, system jest w stanie utrzymać narzędzie nawet gdyby oprawka straciła siłę mocowania pochodzącą od zacisku termokurczliwego.

Zapobieganie wysuwaniu narzędzia

Werner Kirsten jest w stałym kontakcie z firmą Haimer, europejskim liderem w zakresie mocowania narzędzi i testów systemu Safe-Lock™: – Chcieliśmy być pewni, że nasze pomysły mogły zostać zrealizowane w praktyce przy użyciu rozwiązań firmy Haimer, nawet w przypadku mniej sprzyjającego środowiska pracy. 

Firma Heller powtórzyła testy jeszcze kilkukrotnie z kilkoma zmianami. Rowki systemu HAIMER Safe-Lock™ dodawane były do kolejnych narzędzi, zmieniono także wrzeciono z HSK100 na HSK63, co obniżyło sztywność całego układu.

W rezultacie, pomimo dodatkowych czynników ograniczających, narzędzie było w stanie pracować powtarzalnie pełną szerokością z głębokością frezowania 2xD, czyli 50 mm. Werner Kirsten stwierdził: – W ten sposób udało nam się udowodnić zasadność stosowania system Safe-Lock™, a także to że technologia mocowania termokurczliwego ma ogromny potencjał przy współpracy z wrzecionami HSK-A100, zwłaszcza na 5-osiowych centrach frezarskich. 

Później przykład ten – obróbkę tytanu Ti-6AI-4V powtórzono jeszcze kilkukrotnie, także podczas pokazów w Farnborough, gdzie udowodniono, że ograniczenie w postaci obróbki 1 x D = 25 mm może być podwojone z użyciem systemu Safe-Lock™.

Kirsten podsumowuje wyniki w następujący sposób: – Dla operacji frezowania zgrubnego jest to powtarzalny sposób. Właśnie dlatego uważam, że system HAIMER Safe-Lock™ jest praktyczny, łatwy w obsłudze i z użyciem mocowania termokurczliwego gwarantuje ogromną powtarzalność procesu, zwłaszcza w przypadku użycia standaryzowanych narzędzi innych producentów.

Liczba producentów oferujących narzędzia z systemem Safe-Lock™

Od samego początku jego powstania, Haimer rozpoznał niesamowity potencjał Safe-Lock System™ i to właśnie dlatego firma stworzyła program licencji, aby móc dać producentom innowacyjnych narzędzi możliwość integracji opatentowanego systemu zabezpieczającego przed wysuwaniem narzędzia z uchwytu frezarskiego. Efektem ich pracy było stworzenie bardziej otwartego systemu mocowania narzędzi. Wiodących producentów narzędzi skrawających ma obecnie podpisane umowy licencyjne, w tym Walter, Widia, Sandvik Coromant, Seco Tools, Sumitomo, Kennametal Helical, EMUGE Franken, Danych Flet, Niagara, OSG, SGS Narzędzia i od niedawna także MAPAL.

Przez stały rozwój systemu Safe-Lock™ dzięki firmie Haimer i jej licencjonowanym partnerom, system stał się nowym standardem dla ciężkiej obróbki zgrubnej. W rzeczywistości, popularność i prostota systemu Safe-Lock™ jest taka, że można z powodzeniem zastąpić stary system Weldon, szczególnie w przypadku frezowania trochoidalnego (dynamicznego). 

Prezes Grupy Haimer, Andreas Haimer wyjaśnia: – Z naszym systemem Safe-Lock™ znaleźliśmy rozwiązanie, które łączy w sobie wysoką dokładność bicia promieniowego ze 100% ochroną przed wysuwaniem narzędzia w trakcie obróbki. System z powodzeniem przyjął się jako standard w przemyśle lotniczym, a ogólnie rzecz biorąc znakomicie sprawdza się w obróbce zgrubnej i ciężkiej. Obecnie, coraz więcej firm stosuje frezowanie trochoidalne w obróbce, a to także jest bardzo dobry powód do stosowania systemu Safe-Lock™. Podczas operacji frezowania trochoidalnego, gdzie prędkość i głębokość skrawania mogą być zwiększone przez wsparcie oprogramowania, wydajność znacznie się poprawia. Jednak większe obciążenie krawędzi tnącej i sił skrawania pozwala uzyskać większą produktywność, a to z kolei podnosi ryzyko wysunięcia się narzędzia w trakcie obróbki. Zanim pojawił się Safe-Lock, problemy te mogły być rozwiązywane za pomocą uchwytów Weldon. Klient jednak musiał ograniczyć prędkość obróbki i jej dokładność ze względu na charakter systemu mocowania. Mocowanie termokurczliwe wraz z systemem Safe-Lock™ oferuje ten sam poziom bezpieczeństwa jak system Weldon, ale zapewnia dodatkową zaletę w postaci dokładności i wyważenia układu. Idealny poziom wyważenia i minimalne bicie w połączeniu z bezpieczeństwem wynikającym z zastosowania systemu Safe-Lock™ pozwala osiągnąć większą wydajność dzięki większej dopuszczalnej prędkości i zwiększonej żywotności narzędzia.

źródło: Artykuł sponsorowany (Haimer)