„Waga lekka” w przemyśle motoryzacyjnym
Sandvik CoromantWedług Międzynarodowej Rady na Rzecz Czystego Transportu lżejsze pojazdy emitują mniej CO2. Producenci samochodów są poddawani presji w kierunku produkowania podzespołów o mniejszej masie, jednak obok lekkich metali, takich jak aluminium, cięższe materiały, takie jak stal nierdzewna, żeliwo i stal kuta nadal cieszą się popularnością. Konieczność uczynienia bardziej wydajną masowej produkcji tych cięższych przedmiotów oznacza, że trzeba dokonywać obróbki bardziej skomplikowanych kształtów z węższymi zakresami tolerancji, co jednak wymaga sporej finezji. W artykule Sangram Dash, menedżer ds. zastosowania produktów z kategorii frezowanie na płytki wymienne w firmie Sandvik Coromant, wyjaśnia, dlaczego lżejsze i skrawające bliżej powierzchni przedmiotu narzędzia do frezowania CoroMill MF80 sprzyjają bardziej ekonomicznemu frezowaniu walcowo-czołowemu i frezowaniu czołowemu.
W swoim raporcie Fact Sheet: Europe Międzynarodowa Rada na Rzecz Czystego Transportu prezentuje następujące wnioski: „Wobec istnienia bezpośredniej zależności między ciężarem i masą, im cięższy pojazd, tym więcej zużywa paliwa i emituje CO2. Co za tym idzie, zmniejszenie masy pojazdu to skuteczny sposób obniżenia emisji, których źródłem jest pojazd”.
Można to osiągnąć, przechodząc do „wagi lekkiej”, co wiąże się z konstruowaniem samochodów osobowych i ciężarowych o mniejszej masie, aby uzyskać większą wydajność zużycia paliwa i ułatwić obsługę pojazdu. W badaniu agencji McKinsey & Company, zatytułowanym Lightweight, heavy impact obliczono, że „Wdrożenie lekkich rozwiązań może w pewnym stopniu zmniejszać emisje CO2 (o około 0,08 g CO2 na każdy zaoszczędzony kilogram).” Oto dalsze wnioski z badania: „Zmniejszenie przez producenta masy pojazdu o 100 kg umożliwia zaoszczędzenie około 8,5 g CO2 na 100 km”.
Ten przykład pokazuje, jak zmniejszenie masy może wpłynąć korzystnie na osiągi pojazdu. Jednak o ile producenci OEM, dążąc do tego celu, chętnie sięgają po lżejsze materiały, np. aluminium, przejście do wagi lekkiej nie oznacza po prostu wyboru najlżejszego materiału. Nadal powszechnie korzysta się z materiałów często stosowanych do produkcji części samochodów, taki jak stale kute, stopy chromowo-kobaltowe, Inconel lub żeliwo szare i sferoidalne – mimo tego, że są one cięższe niż aluminium i magnez.
Dlatego producenci muszą raczej tworzyć takie projekty, które uczynią z tych „ciężkich” metali wydajną masowo i wytrzymałą alternatywę dla materiałów lżejszych. Wiąże się to z wytwarzaniem przedmiotów o ażurowej strukturze, na podstawie skomplikowanych projektów. Ponadto wiele z tych projektów wymaga niewielkich oporów skrawania podczas obróbki, aby ograniczać do minimum wpływ na obrabiarkę i uzyskać pożądany kształt podzespołu.
Wyzwanie dla producentów polega na tym, by wytwarzać bardziej złożone podzespoły najwyższej jakości w sposób bardzo produktywny. Jak jednak osiągnąć ten cel, przestrzegając przy tym ograniczeń emisji i zarazem utrzymując jednostkowy koszt przedmiotu na niskim poziomie? Odpowiedzią są bardziej niezawodne, precyzyjne i produktywne rozwiązania narzędziowe.
Pod odpowiednim kątem
Producenci z branży motoryzacyjnej muszą dążyć do prześcignięcia konkurencji na polu obróbki bardziej złożonych przedmiotów o ażurowej strukturze, wykonanych z odpornych materiałów z grupy ISO P. Osiągnięcie tego celu zależy od tego, jakie narzędzie skrawające wybiorą. Na przykład narzędzia z kątem przystawienia wynoszącym 90° generują mniejsze promieniowe siły skrawania oraz – co istotne – ograniczają rozpraszanie się energii skrawania. Jest to doskonałe rozwiązanie zwłaszcza do obróbki przedmiotów cienkościennych lub o ażurowej konstrukcji.
W tym miejscu trzeba wspomnieć o frezowaniu walcowo-czołowym, podstawowej, a mimo to uniwersalnej technice frezarskiej, zalecanej wtedy, gdy zachodzi potrzeba wytwarzania różnorodnych przedmiotów oraz szybkiego usuwania znacznej ilości materiału z przedmiotu obrabianego. Podczas frezowania walcowo-czołowego narzędzie tworzy jednocześnie płaszczyznę i powierzchnię występu, dlatego preferowany kąt ustawienia względem przedmiotu obrabianego wynosi 90°. W zależności od sytuacji można stosować inne kąty, ale ważne jest użycie kąta prostego w celu uniknięcia niepożądanych przesunięć między frezem i przedmiotem obrabianym.
Na rynku dostępnych jest wiele płytek przeznaczonych do frezowania walcowo-czołowego pod kątem przystawienia zbliżonym do 90°. Zasadniczo płytki te mają osiem krawędzi – po cztery z przodu i z tyłu, by jednocześnie obrabiać występ i powierzchnię – lub w niektórych przypadkach sześć. Jednak specjaliści od projektowania narzędzi z firmy Sandvik Coromant uznali, że na rynku jest miejsce na nową koncepcję frezowania walcowo-czołowego, która przyniesie klientom firmy zalety w postaci trwałości i produktywności narzędzia, a także korzyści ekonomiczne.
W efekcie powstał frez CoroMill MF80, przeznaczony do zastosowań frezarskich w branży samochodowej, polegających na obróbce materiałów z grup ISO K i ISO P. Płytki posiadają osiem krawędzi skrawających, ochronę przed wiórami oraz zoptymalizowaną mikrogeometrię, które zapewniają wyższy poziom bezpieczeństwa i sprawniejsze odprowadzanie wiórów, a także ostrze wiper, które gwarantuje wyjątkową gładkość powierzchni obrobionej. Nachylenie krawędzi skrawającej zapewnia płynny przebieg i małe opory skrawania, co czyni z frezu idealne narzędzie do obróbki przedmiotów o cienkich ściankach oraz takich konfiguracji obrabiarki, które cechuje mała stabilność. Ta nowa koncepcja frezarska, oparta o platformę technologiczną zbliżoną do dostępnego już frezu CoroMill 345, oferuje korpus frezu lżejszy o 40% z ochroną w postaci płytki podporowej oraz dużą gęstość ostrzy, aby umożliwiać bezpieczną i stabilną obróbkę, nawet w narażonych na drgania zastosowaniach na długich wysięgach.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Kąt przystawienia 89,5° umożliwia pracę frezu wieloostrzowego podczas obróbki blisko mocowania. Kąt zbliżony do 90° zmniejsza również osiowe siły skrawania, co usprawnia frezowanie słabo zamocowanych przedmiotów o cienkich ściankach, bez drgań i drgań samowzbudnych. Oznacza to nie tylko większą precyzję i większy stopień wykorzystania obrabiarki, lecz także wzrost trwałości narzędzia i spadek liczby złomowanych przedmiotów.
Testy wydajności
Wydajność frezu CoroMill MF80 została przetestowana na tle frezu z oferty konkurencji podczas obróbki materiałów z grup ISO K i ISO P. Najpierw przyjrzymy się wynikom testu obróbki materiałów z grupy ISO K. Narzędzie z oferty konkurencji i frez CoroMill MF80 zostały użyte do obróbki zgrubnej podczas produkcji nośników i wsporników z przygotówki w postaci odlewu z żeliwa sferoidalnego (SG) (GJS400/K3.1.C.UT).
Obydwa narzędzia pracowały z tymi samymi parametrami skrawania: prędkość wrzeciona (n) każdego z frezów wynosiła 1000 obrotów na minutę, prędkość skrawania (vc) 250 metrów na minutę, a posuw (vf) – 1200 milimetrów na minutę. Obydwa frezy pracowały z promieniową głębokością skrawania wynoszącą 20-80 mm (ae) oraz osiową głębokością skrawania wynoszącą 2-3 mm (ap). Niewielka różnica dotyczyła posuwu na ostrze (fz): 0,24 mm w przypadku frezu konkurencyjnego oraz 0,3 mm w przypadku CoroMill MF80.
Ostatecznie frez z oferty konkurencji wytworzył 10 przedmiotów w ciągu 55 minut, zanim pojawiły się oznaki zużycia. Z kolei frez CoroMill MF80 pracował 82 minuty i wytworzył w tym czasie 15 przedmiotów. W efekcie klient uzyskał wzrost trwałości narzędzia o 54%, używając frezu Sandvik Coromant.
W innym przypadku frez CoroMill MF80 rywalizował z frezem z oferty konkurencji w dziedzinie zgrubnego frezowania walcowo-czołowego w ramach produkcji podzespołów pomp i zaworów ze stali węglowej ISO P (DIN 1.0619). Tym razem obydwa frezy także pracowały z identycznymi parametrami skrawania: n wynoszącym 500 obr./min, vc wynoszącym 125 m/mm, ae wynoszącym 15/50 mm oraz ap wynoszącym 5 mm i fz wynoszącym 0,15 mm. Jedyny wyjątek stanowił parametr vf. Konkurencyjny frez pracował z prędkością posuwu 375 mm/min, a CoroMill MF80 – z prędkością posuwu 600 mm/min.
Podczas tego testu za pomocą konkurencyjnego frezu udało się wykonać dziewięć przedmiotów, a za pomocą CoroMill MF80 – 15, co oznaczało wzrost produktywności o 60%. Co do trwałości narzędzia: po upływie czasu obróbki wynoszącego 40 minut na frezie CoroMill MF80 widoczne były jedynie wykruszenia i wzrost trwałości wyniósł 67%. Kluczową zaletą z punktu widzenia klienta była zastosowana we frezie zabezpieczająca płytka podporowa i duża liczba ostrzy płytki skrawającej, co może zmniejszyć jednostkowy koszt przedmiotu w obróbce zgrubnej lub podczas frezowania walcowo-czołowego. Tego rodzaju procesy obróbkowe pomogą producentom w wytwarzaniu pojazdów, które sprostają surowym regulacjom dotyczącym emisji CO2, utrzymując jednocześnie koszt jednostkowy przedmiotu na niskim poziomie.
Źródło: Sandvik Coromant
