Get Adobe Flash player

Az alkatrészgyártásban a pontossági igények folyamatosan növekedtek az elmúlt esztendők folyamán. Napjainkban az európai gyártóknak a speciális munkadarabok versenyképes gyártására kell figyelmüket fordítaniuk, hogy a folyamatos műszaki fejlesztéseknek megfeleljenek. Az Excel Csepel Szerszámgépgyártó Kft.-nek, mint gépbeszállítónak folyamatosan szükséges gyártmányait fejleszteni a vevői igényekhez igazodva. Ennek egyik legjobb példája az ún. UP-ultra precíziós esztergák tovább fejlesztése.

 

ex1
Gyártásuk a 80-as évek második felében egy licence vásárlást követően indult, majd több mint 25 esztendő     elteltével kezdte az Excel-Csepel újra gyártani. A 2012. év elején kezdődött tervezési és gyártási folyamat fejeződött be 2013-ban és került 2 egység kiszállításra a külföldi megrendelő részére.

Az alábbiakban az ezzel kapcsolatos csepeli technológiai tapasztalatainkat, gondolatainkat szeretnénk ismertetni, kiegészítve egy konkrét munkadarab esztergálásának, köszörülésének költségelemzésével. Továbbá részletes leírást adni a kifejlesztett eszterga gépekről, ill. felvetni különböző műszaki kialakítások konstrukciós lehetőségeket a technológiai, vevői igények alapján.

A munkadarab gyártás felosztása a megmunkálás pontossági igénye szerint

A pontossági igénytől, ill. a megvalósítandó felületi érdességtől függően kerül meghatározásra a gépek konstrukciós kialakítása.

Ultra-precíziós megmunkálásról beszélhetünk, ha a forgácsolásra kerülő alkatrészeken megvalósuló mérettűrés a főorsó ütés tekintetében 0,1 µ alatt van axiális és radiális irányban egyaránt. A szánok futás-pontossága, a visszaállási pontosság szintén 0,1 µ alatt kell, hogy legyen. Monó-kristályos  gyémántszerszámmal a felületi érdesség jellemzően Ra = 0,04.

Mikró-precíziós megmunkálásról beszélhetünk, ha a forgácsolásra kerülő alkatrészeken megvalósuló mérettűrés a főorsó ütés tekintetében 0,5µ alatt van axiális és radiális irányban egyaránt. A szánok futás-pontossága, visszaállási pontosság szintén 0,5µ alatt kell, hogy legyen. Monó-kristályos  gyémántszerszámmal a felületi érdesség jellemzően Ra = 0,1.

A megvalósítható felületi érdesség a gép konstrukciós kialakításán túlmenően jelentősen függ a szerszámozástól, mert ennek nagyobb szerepe van, mint a hagyományos tűréstartományban történő megmunkálásnál. Ezek alapján megkülönböztetünk, un. ultra precíziós és mikró precíziós megmunkálási feladatoknak megfelelően kialakított gépeket.

QUATESTREP-UP-ACK-2013

ex2

Pozícionálási pontosság mérése Leaser interferrométerrel (2013. 03. 18.)

 

ex3

Hengeresség mérési eredményei (2013)

 

ex4

Síklapuság mérési eredményei (2013)

 

Gyártásfelosztás alkalmazási
kör szerint

Az alábbiakban ismertetésre kerülő nagypontosságú megmunkálásokkal a mérettartás kedvezőbben, gazdaságosabban valósítható meg, tartható ellenőrzés alatt, mint az un. abraziv megmunkálás (köszörüléses) technológiákkal.

Esztergálás tekintetében a várható felhasználói kör:
–    A nagypontosságú fém alkatrészek gyártói. Ezek jellemzően speciális gépipari felhasználók. Egy másik jelentős felhasználói kör, ahol az edzett alkatrészek köszörülését szükséges kiváltani a gyártási idő csökkentése érdekében, valamint a magasabb pontosságú alkatrészeknél a bázis felületek pontosabb kialakítása lehet fontos. Egyes mikroelektronikai alkatrészeket gyártó iparágak, hidraulikus – pneumatikus alkatrészek gyártói számára is érdekes technológiai megoldás lehet a finoman illesztett alkatrészek készre gyártásában.
–    Nem fémes anyagokat megmunkálni kívánó cégek.
–    Az optikai iparban a speciális lencsék gyártói.
–    Napenergia direktben történő hasznosításához szükséges un. síktükrös, parabola tányéros naperőmű elemek előállítói.
–    Az atomerőművi berendezések egyes elemei gyártói.
–    Speciális alkatrészeket igénylő hadipari eszközöket előállító cégek.

Gyártásfelosztás: forgácsolás
technológiai jellemzők alapján

Forgácsolás technológiai szempontok alapján is szükséges csoportosítani a megmunkálást a megvalósítható méret tartomány szerint. A hagyományos forgácsolás technológiai paramétereknek megfelelően, mint forgácsolási vágósebesség, előtolás mértéke kerülnek értelmezésre a beállítandó paraméterek.

Az alapanyag jellemzők, mint összetétel, felületi keménység, szövetszerkezet jelentősebben határozzák meg a forgácsolási paramétereket és a szükséges forgácsoló szerszámok geometriai és összetételbeli jellemzőit, mint a hagyományos mérettartományban történő megmunkálások.

Az alábbiakban néhány főbb jellemzőre szeretnék rávilágítani az eddigi tapasztalatok alapján:

Szerszámozás:
–    Monokristályos szerszámok: A monokristályos szerszámoknál az élkopás minimalizálása jelentősen függ az élgeometria kialakításától. Monokristályos gyémánt szerszám megfelelő kialakításával lehet legjobban megközelíteni az optimális forgácsolási körülményeket, mert az összes „súrlódás” a vágásra összpontosul, igazi nyírás lép fel.
–    Polikristályos szerszámok, pl. műgyémánt és köbös bórnitrid szerszámok porkohászati úton kerülnek előállításra, jelölésük PKD és CBN. Ezen szerszámok jellemzője szívósságuk, pontosságuk. Jó megmunkálhatóságuk kapcsán rendszerint nagyoló megmunkálásra, elősimításra használjuk.

Anyagjellemzők:
–    Fém, vas, acél alapanyagokat nem szokás ultra precíziós tartományban esztergálni, mert a szemcseszerkezetük nem teszi lehetővé a finom felület kialakítását. Edzett acéloknál 60-67 HRC keménység esetén fokozottan szükséges biztosítani, hogy az izzó forgáccsal távozzon el az összes keletkező hő. Megfelelő levegőhűtés kialakításával a mérettartás optimális.
–    Nem vas alapú anyagok precíziós megmunkálásán értjük a „minden egyéb anyagokat”, mint alumínium, réz, nemes fém anyagok, pl. vegyi nikkel, vegyi króm, vegyi vanádium, amelyek alapvetően felületi bevonatok. Ide soroljuk az üveg jellegű anyagokat is. Jellemző szerszámanyag a mono- vagy polikristályos gyémánt, MKD, PKD.

Fogásmélység:
–    Simítási ráhagyás fogásmélysége 0,01-0,02 mm. Fontos, hogy a ráhagyás mértéke, azaz a forgácsolási keresztmetszet azonos legyen. Ezt a műveletet javasolt polikristályos, un. ipari gyémánt szerszámokkal végezni, vagy a hagyományos esztergálásnál jól bevált CBN (köbös bórnitrid bevonatú) forgácsoló éleket használni.
–    Simító forgácsolás fogásmélysége gyakorlatilag 5µ környezetében van. Elméletileg a simítófogás 1µ-10µ-os tartományban lehet, ahol monokristályos szerszámokkal lehet forgácsolni. Ennél kisebb fogásmélység esetén, durvább szemcseszerkezetű anyagoknál nem jön létre korrekt vágás, inkább egy kenési folyamat játszódik le, ami a felületi érdesség rovására valósul meg.
Forgácsolási sebesség jellemzője, hogy nagyon változó a forgácsolandó anyag minőségétől függően:
–    Vegyi alapú fémeknél (Cr, Va) 150 – 200 m/perc.
–    Réz és ötvözeteinél, mint sárgaréz, bronz, stb. 200 – 500 m/perc.
–    Alumínium jellegű anyagoknál a forgácsolási sebesség 500-5000 m/perc.

Jellemzően ez teszi ki a forgácsolandó anyagok döntő többségét. A felületi sebesség nem hat jelentősen a felületi minőség kialakítására, főként a forgácsolási idő csökken jelentősen.

Edzett acélok megmunkálását szükséges külön megemlíteni, mert ez lehet a leggyakoribb felhasználási területe a nagypontosságú megmunkálásnak, esztergálásnak, kiváltva az edzett tengelyek, gyűrűk külső-belső köszörülését. Az elősimítás és simítás egyaránt történhet a jól bevált CBN (köbös bornitrid bevonatú) forgácsoló élekkel, amelyeknek a kopásállósága kedvező. Az élgeometria tűrése fontos, jellemzően Rc= 0,2 mm ± 5 µ-on értéken belül kell, hogy legyen.
Az elősimítás és simítás jellemző forgácsolási paraméterei, mint vágósebesség: 200 – 250 m/perc, fogásmélység a korábban említett durvább szemcseszerkezetű anyagok miatt 5 µ-nál nem javasolt, hogy kisebb legyen.

Szerszám éltartam – felületi minőség:
–    Edzett acélok esetén: pl. BC3-as anyagoknál (1.7139 ill. 16 MnCrS5), felületi keménység: 58+4 HRC  0,6+0,2mm mélység mellett az adott él élettartama tapasztalataink alapján nagyoló megmunkálás esetén (0,1mm ráhagyás Ra=1-0,57 (Rt=4-8) a felületi érdesség tartásával, optimális hűtés biztosításával) 25 000 m. A felületi érdesség javításával Ra = 0,14 (Rt = 1), 0,03 mm felületi ráhagyással a forgácsolható hossz a munkadarabon mérve 10 000 m-re csökken. Tehát a felületi finomság növelésével (Ra = 0,57 Ra = 0,14 Ra = 0,04 …) az él élettartama a fenti példa szerint csökken.
–    Nem edzett acéloknál, mint vegyi alapú fémeknél, réznél és ötvözeteinél, valamint alumínium jellegű anyagoknál monokristályos (MKD) forgácsolóél használatával az éltartam 150 000 m is lehet. Polikristályos gyémánt forgácsolóél használatával az éltartam 50 000 m körül lehet.

Forgácsolási minta: technológiák összehasonlítása – mikropreciziós esztergálás

Az alábbi példában egy azonos munkadarab mikró-precíziós esztergálása és köszörülése került összehasonlításra a gyártási technológia és az üzemeltetési költségek alapján.

ex5

 

Munkadarab jellemzői:
–    befoglaló méret:     D37,5 x L112 mm,
–    anyagjellemző:    Edzett acél 58+4 HRc,
–    alkatrész jellemző:    összes átmérő és kúpos felület
köszörülése,
2 db homlokköszörülés,
szaggatott felület köszörülése,
–    mdb befogás:    két csúcs között,
körmös menesztéssel,
D18 mm-en,

 

CNC KÖSZÖRÜLÉS (3 db kővel)

ex6

 

A fenti időelemzés alapján meghatározott ciklusidőt és a köszörülés technológiai adatok alapján kiszámított ciklusidőt     összehasonlítva az esztergálással gyártható munkadarab száma azonos időtartam és termelési adatok alapján kedvezőbben     alakul.  Az ütemidők a teljesíthető darabszámok alapján a köszörüléshez képest 70%-os termelésnövekedés valósítható meg. Az alábbi elemzések ezt a termelésnövekedést, ill. a két technológiát az alkalmazott megmunkáló gépek és az üzemeltetési,     forgácsolási technológiák ismeretében hasonlítja össze. Az összehasonlítás eredményeképpen látható az adott technológiával  készülő munkadarabok gyártási költsége. Figyelembe véve az energia felhasználást és az egy munkadarab megmunkálására jutó szerszám árát, valamint az üzemeltetési költségeket 30%-kal drágábbak a köszörüléssel előállított munkadarabok. Lényeges megjegyezni, hogy az esztergálás szerszám költségeinél nem lett figyelembe véve, hogy CBN szerszám élek többször újra     köszörülhetőek, aminek eredményeként újból teljesen 100%-os forgácsoló el keletkezik. Így az él tartam akár 5-ször nagyobb,  mint a kalkulációban.

Gép kialakítás további konstrukciós lehetőségei: technológiai, vevői igények alapján

A munkadarab gyártás geometriai igényei az esztergálásnál bonyolultabb kialakítású gépeket is igényel. Az alábbi képeken opcionális kiegészítések láthatóak, amelyek az eszterga gépekhez kerültek megtervezésre és legyártásra. Ezek megfelelő alkalmazásával nagy pontosságú eszterga gépek különböző opciókkal valósíthatóak meg, mint C tengely, folyamatos körasztal és Y szán rendszer. Ezen főegységek megfelelő vezérlésével, programozásával lényegében eljuthatunk a nagypontosságú marógép, vagy köszörűgép kialakításáig.

Az eszterga gépre szerelt körasztal használatával a fix késtartóba helyezet szerszám főforgácsoló élét folyamatosan optimális pozícióban lehet tartani a rádiuszos felületek megmunkálásakor, csökkentve a profilhibát, jobban közelítve a megmunkálás pontossági követelményeihez. Így a valóságos profil pontosabban valósítható meg, mint kéttengelyű interpoláció használatával.

ex7

 

Amennyiben a fenti specifikációt kiegészítjük a mikronos felosztású körasztalra helyezett Y szánnal, valamint a főorsót, mint C tengelyt programozzuk és szerszámként hajtott szerszámot, marót, köszörű tárcsát használunk további érdekes és nagypontosságú felületi elemeket tudunk megvalósítani.

NC körasztal 1 µ alatti pozicionálási pontossággal. Y szán rendszer az X, Z tengely pozicionálási pontosságának megfelelően.

Az Excel Csepel Szerszámgépgyártó Kft. szakemberei rendelkeznek azzal a technológiai tapasztalattal, tervezői, gyártói és szerelői képességekkel, kapacitással, amely a fentiekben bemutatott gépek, műszaki lehetőségek megvalósításához szükségesek. Minden egyes gép tervezésénél a megrendelő gyártási igényei kerülnek meghatározásra, hogy a megfelelő konstrukciós kialakítás valósuljon meg a szükséges műszaki paraméterekkel.

Igényeikkel, műszaki elképzeléseikkel a fenti témával kapcsolatosan forduljanak szakembereinkhez:
Kossa Gábor
vezető technológus
Schwarzenberger József
vezető tervezőhöz
Pintér Ákos
ügyvezetőhöz
a.pinter@excel-csepel.hu
+36-302-790-091