01. září 2015 01:08

Přeborník v obrábění titanu

Firma Fives Cincinnati, výrobce strojů, si pro dosažení maximálního úběru materiálu u kopírovacích „superfrézek“ zvolila upínací adaptér vřetene KM4X™ od firmy Kennametal.

Inzerce

Kopírovací frézka XT od firmy Fives Cincinnati s pěti vřeteny určená pro frézování titanu.

Co znamená zlepšení kvality výroby v leteckém průmyslu? Slovy: miliardy euro. Bavíme-li se o gigantech v oboru, americký Boeing porazil v prvním čtvrtletí 2015 svého evropského rivala Airbus v objemu nových objednávek a objemu dodávek. Protože první čtvrtletí je na objem nových objednávek tradičně slabší, většinu obratu vytvářejí dodávky a Boeing v tomto období dodal rekordní počet letadel.

Pokud jde o výrobce letadel všech velikostí, jejich dodavatelé při výrobě dílů a komponent často pracují s obtížně obrobitelnými materiály. Zpoždění výroby přitom může vést ke zrušení objednávky a zrušení objednávky rychle přiměje výrobce, aby si našel lépe vybaveného dodavatele.

Jeden z dodavatelů strojů, kteří to vědí nejlépe, je firma Fives Cincinnati. V jejím závodě v Hebronu v Kentucky v USA se vyrábějí obráběcí centra Cincinnati, systémy pro kladení vláknové výztuže do dílů z kompozitních materiálů a vícevřetenové kopírovací frézky Cincinnati. Podle firmy Fives Cincinnati je na celém světě v provozu více než 650 jejích kopírovacích frézek, a proto není žádné komerčně vyráběné letadlo, kde by nebyl ani jeden díl vyrobený touto frézkou.

Výkonné frézky nové generace Cincinnati XTi, které se dodávají v portálové konfiguraci s třemi nebo pěti vřeteny, jsou v mnoha ohledech impozantní. Jsou určeny pro výrobce, kteří obrábějí různé materiály: jejich vřetena se 7 000 otáčkami za minutu dokážou obrábět hliník a ocel a vřetena s velkým krouticím momentem, až 2 523 N·m, jsou určena pro obrábění titanu a jiných vysokopevnostních slitin. Ve firemních prospektech se o těchto frézkách tvrdí, že jsou to „jediné vícevřetenové stroje určené pro hrubování titanu“. Při obrábění titanu dosáhly rekordu v úběru materiálu: více než 1 600 cm³ za minutu. Tyto obrovské stroje, s pojezdem osy X 4 267 mm (s možností prodloužení s inkrementem 3 658 mm), Y 3 683 mm a Z 711 mm, dosahují nových rekordů i díky volitelnému adaptéru vřetene KM4X100 od firmy Kennametal Inc.

Z nejslabšího článku největší přednost

Obrábění materiálů s velkou pevností, jako je titan, je vždy problém, ať jde o velkou kopírovací nebo portálovou frézku nebo frézování na menších obráběcích centrech. Pro obrábění vysokopevnostních slitin s maximální efektivitou je nutné maximalizovat úběr materiálu při malých řezných rychlostech a značných řezných silách. Výrobci strojů, jako Fives Cincinnati, pro tyto účely konstruují speciální frézovací centra se zvýšenou tuhostí a tlumením chvění vřeten, aby tak minimalizovali nežádoucí vibrace, které mají nepříznivý vliv na kvalitu dílů, výkonnost a životnost nástrojů. Ačkoliv nové konstrukční prvky stroje přinesly vyšší produktivitu, nejslabším článkem zůstává upínací adaptér vřetene.

Upínací adaptér vřetene, tj. místo, kde si „podávají ruce“ obráběcí stroj a nástroj, je určující pro to, kolik materiálu bude moci stroj v dané operaci odebrat. Je to proto, že adaptér musí přenést velké zatížení a přitom si udržet svou pevnost až do maximální výchylky nástroje nebo do dosažení mezních vibrací. Vřetena sice mohou být schopná přenést velký točivý moment, ale řezná síla vyvolává také moment v ohybu, který může přesáhnout limitní hodnotu dříve, než je dosaženo maximálního krouticího momentu. Očividné je to u čelních stopkových fréz, jejichž typická délka vyložení je větší než jiných nástrojů – omezujícím faktorem je schopnost vřetene odolávat namáhání v ohybu. Například u víceřadé frézy s výměnnými břitovými destičkami s vyložením 250 mm (9,84“) od čela vřetene a průměrem 80 mm (3,15“) při úběru 360 cm3/min materiálu Ti6Al4V, kdy radiální tloušťka řezu je 12,7 mm a axiální hloubka řezu 63,5 mm, vzniká moment v ohybu 4 620 N·m, zatímco moment v krutu je méně než 900 N·m.

Upínací adaptéry vřetene nové generace KM4X od firmy Kennametal kombinují velkou upínací sílu s optimalizovanými úrovněmi přesahu a vytvářejí tak robustní spojení s extrémní tuhostí a odolností proti momentu v ohybu. Při zpracování titanu, vysokopevnostních slitin a podobných materiálů umožňuje dosáhnout extrémně velkých úběrů materiálu a obrobit více dílů za den.

Kopírovací frézka v činnosti.

Změny v konstrukci frézek

Mike Mallot, senior account manager firmy Kennametal, se společně s aplikačním technikem Robertem Snodgrassem z firmy Fives Cincinnati věnují hodnocení vlastností upínacího adaptéru vřetene KM4X už přibližně čtyři roky. „Je fascinující vidět, jak tužší vřeteno pomáhá zákazníkům obrábět díly efektivněji a dosahovat většího výkonu.“

„Připomeňte si, že polotovarem typických dílů pro letadla je výkovek, z nějž je třeba odebrat velké množství materiálu, aby se dosáhlo požadovaných rozměrů,“ říká viceprezident společnosti Kennametal Mark Huston. „Poměr BTF, Buy-To-Fly, tj. poměr hmotnosti výchozího polotovaru a hmotnosti hotového dílu, může být podle druhu vyráběného dílu 4:1, 8:1 nebo více.“

Kopírovací frézky Cincinnati první generace dosahovaly při obrábění titanu úběru MRR = 66 cm³/min. Limitující byla konstrukce stroje a nástrojového vřetene. Frézky Cincinnati XT nové generace s upínačem HSK 125 dosahují hodnoty MRR = 820 cm³/min. A s upínačem KM4X100 je možné dosáhnout dvojnásobné hodnoty MRR, 1 640 cm³/min.

Snodgrass dodává: „Dokonce i hodnota úběru 1 640 cm³/min, jíž jsme dosáhli při našich testech, je pod teoretickou mezní hodnotou danou limitním momentem v ohybu.“ Poznamenal, že u předchozí verze testovali stroj s kuželovým upínacím pouzdrem CAT-60. Rozdíl mezi ním a pouzdrem CAT-50 je jako rozdíl mezi řízením tanku a SUV. Adaptér KM4X100 ale umožňuje dosáhnout ve srovnání s kuželovým pouzdrem CAT-60 dokonce ještě dvojnásobného úběru materiálu. CAT-60 má ovšem ve srovnání s CAT-50, HSK100 nebo KM4X100 téměř dvojnásobnou hmotnost.

„Změny konstrukce vřetene a celého stroje přinášejí výraznou změnu hmotnosti,“ říká Ken Wichman, product manager firmy Cincinnati. „Výměna nástrojů u mnohých portálových frézek je manuální, ačkoliv k dispozici je i systém pro automatickou výměnu nástrojů se zásobníkem. To, že adaptér KM4X má větší odolnost proti momentu v ohybu, znamená, že ve srovnání s nástroji se stopkou CAT nebo HSK lze při stejné odolnosti proti momentu v ohybu použít lehčí nástroj. To je pro obsluhu stroje z ergonomického hlediska velká výhoda. Zákazníkům, kteří si zvolí systém automatické výměny nástrojů se zásobníkem, přináší KM4X možnost umístit do daného prostoru více nástrojů.

„Jsme hrdí na to, že pomáháme našim zákazníkům zvyšovat produktivitu,“ dodává viceprezident Fives Cincinnati Mark Logan. „Výkonnější upínací adaptér KM4X není přínosem jen pro stroje nové konstrukce, ale může být výraznou posilou i pro stávající stroje, které už jsou v provozu. To nám dává možnost nabídnout výrazné vylepšení při retrofitech starších strojů.“

„Průmysl potřebuje pro výrobu dílů z titanu nastavit nové standardy při co nejnižších cenách za díl, a frézka XT Profiler to umožňuje,“ říká Chip Storie, výkonný viceprezident firmy Fives Cincinnati. „Díky masivnímu křížovému vedení, robustnímu vřetenu, speciálnímu loži a vysokotlakému chlazení můžeme očekávat, že hranici úběru 1 640 cm3/min ještě překročíme.“

Test řezných podmínek

Mike Mallot, senior account manager společnosti Kennametal, strávil roky v provozu testováním nových výrobků. „Abychom skutečně vyzkoušeli potenciál nové konfigurace frézky, vymysleli jsme extrémně náročný test – skutečně něco, s čím se stroj v praxi nepotká,“ říká aplikační inženýr Robert Snodgrass. „Nástrojem obrábíme titanový polotovar tak, že vytváříme hluboký a kontinuální řez – podobný sáňkařské dráze. Chceme tak při sousledném frézování dosáhnout maximální hloubky řezu a točivého momentu, kdy jsou stroj, vřeteno i nástroj podrobeny extrémnímu namáhání.“

Zkušení obráběči, kteří mají zkušenosti s titanem, se možná otřesou, když si představí ječivý zvuk, který se ozve před tím, než dojde k selhání frézy nebo frézky. Ovšem jak dokazuje video společnosti Fives Cincinnati na YouTube (www.youtube.com/watch?v=-0pcocy4IsE), nový stroj dokáže při tomto testu hloubky a šířky řezu efektivně vytvořit kopec třísek a při tom vydávat jen příjemný hukot, dokonce i při současné práci všech pěti samostatných vřeten.Testy jsou průběžně vyhodnocovány a další vylepšení jsou na obzoru.

www.kennametal.com

Kopírovací frézka Fives Cincinnati XT s adaptérem KM4X úspěšně prošla náročným testem, při němž se v polotovaru vytváří tvar podobný sáňkařské dráze a přitom je vyvozen maximální točivý moment a řezná síla.