Zvýšení produktivity vrtacích operací

Pro udržení konkurenceschopnosti je ze strany výrobců strojních zařízení očekáván neustálý boj o jejich vyšší produktivitu a ziskovost bez připouštění kompromisů ve vztahu ke snižování vlastních výrobních nákladů. Vyšší produktivita zkracuje dodací lhůty, zvyšuje rentabilitu, čímž také současně chrání zájmy pracovníků fi rmy a pomáhá udržet zaměstnanost. Výrobci řezných nástrojů s cílem splnit požadavky na nové nástroje zase svádějí neustálý boj s tím, aby jejich nové nástrojové řady splňovaly podmínky a předpoklady výkonnosti a efektivity jako jsou snížení řezných sil, jejich efektivnější rozložení, eliminace vibrací, dokonalý odchod třísek z místa řezu a podobně. Poslední vývoj v oblasti nástrojů pro zvýšení produktivity výroby otvorů přinesl novinky vyznačující se především nikátní geometrií a vysokým stupněm odběru materiálu při potřebě relativně nízkého příkonu. PRODUKTIVITA NASTROJŮ PRO HROMADNOU VYROBU OTVORŮ VYSOKE KVALITY Na kvalitu vyrobeného otvoru má vliv několik hlavních faktorů. Především je to tuhost vlastního obrobku, jeho upnutí, hloubka otvoru, dostatečný tlak chladicí kapaliny a v závislosti na něm dokonalý odvod třísek z místa řezu. Jedním z nástrojů určitě splňujícím tyto požadavky jsou vrtáky SUMOCHAM. Jedná se o pokračující evoluční řadu úspěšných vrtáků CHAMDRILL a CHAMDRILLJET. SUMOCHAM se vyznačuje především zlepšeným systémem upnutí vrtací hlavice v lůžku. Výměnné vrtací hlavice SUMOCHAM se vyrábí ve čtyřech různých geometriích předurčených k vrtání ocelí, nerez ocelí, litiny a hliníku. Konstrukce lůžka vrtáku SUMOCHAM pro upnutí vrtací hlavice je navržena tak, že vzrůstající řezné síly na břitu přímo úměrně vyvozují současně vyšší upínací sílu v lůžku. Díky tomuto řešení je možné, aby počáteční hladina vlastního předpětí v lůžku byla až o 33 % nižší. Tím dochází také k menší plastické deformaci lůžka při upínání vrtací hlavice a v důsledku toho se trojnásobně zvýšil počet možností výměn vrtacích hlavic v tělese. Znamená to tedy, že je garantováno 45 výměn nástroje, než se začne projevovat únava zámku vrtacího tělesa. S delší životností se tak stává nástroj pro uživatele určitě ještě ekonomičtější. Zadní část vrtací hlavice je zakončena válcovou částí se zámkem a zadním stoperem proti případnému vytažení hlavice z vrtacího tělesa při vyjíždění z otvoru. Celkové vlastnosti nové řady vrtáků přispívají ke všeobecnému zvýšení řezných parametrů a produktivity práce. Vlastní těleso se dvěma chladicími kanálky vedenými ve šroubovici (nikoliv středem) je díky tomu dostatečně tuhé a schopné přenášet bezpečně krouticí momenty vyvozené i při vysokých posuvech. Výměnné vrtací hlavice jsou dodávány ve čtyřech různých geometriích. Lze tedy volit mezi hlavicí pro vrtání ocelí, exotických materiálů, litiny a hliníku. Rozměr hlavic je v rozsahu 7-25.9 mm a délka vrtacích těles je v rozsahu 1.5, 3.5, 8 a 12xD. Všechny tyto vlastnosti charakterizují nástroje SUMOCHAM a navíc garantují vysoce kvalitní povrch otvoru díky zvýšené tuhosti a správně volené šroubovici spirálových drážek a dokonalému odvodu třísek. Příčný břit vrtací hlavice je modelován tak, že se třísky utvářejí symetricky po obou stranách stejnoměrně, minimalizuje se nebezpečí tvorby nárůstků a tak lze používat vyšší řezné parametry při zachování kvality otvorů. Výrobci tepelných výměníků právě požadují od firmy ISCAR inovativní řešení nástrojů pro výrobu trubkovnicových desek. Náročnost aplikace tkví v tom, jak co nejrychleji a nejefektivněji vyrobit 1700 otvorů na jedné desce z uhlíkové oceli. Týmy vývojářů jsou tak postaveny před problém jak zkrátit výrobní časy a zvýšit tak produktivitu i ziskovost dané výroby. Nasazením vrtáků SUMOCHAMDRILL 25 mm bylo možné zvýšit řezné rychlosti o 30 % a zvýšit posuvy o 25 % v porovnání s dřívějším nástrojovým vybavením na stroji. Vlastní výměna nástroje spotřebovala jen 10 % času potřebného dříve. Tak došlo k výraznému snížení výrobních časů a výsledná finanční úspora na jeden kus činila 21 %. Výrobci bez váhání přijali toto řešení jako první volbu pro zvýšení produktivity svých vrtacích aplikací. PRODUKTIVITA VYROBY VĚTŠICH OTVORŮ Další významný segment strojního průmyslu je výroba velkých otvorů. Pro tuto specifickou oblast má ISCAR také co nabídnout. V současné době přichází na trh řada standardních vrtacích nástrojů DR TWIST. Velmi významnou inovaci této nové řady vrtáků představuje rozměrová soustava těles zcela nové konstrukční koncepce umožňující obrábění velkých otvorů v rozsahu průměrů 61 – 80 mm. Tyto nástroje rozšiřují inovovanou řadu o průměry nad 60 mm a představují optimální ekonomické řešení pro velkorozměrové vrtací operace svým produktivním odběrem materiálu, zvětšenou šířkou drážek pro zlepšení odchodu třísky a schopností dokonalého využití chladicích a mazacích kapalin. Jejich konstrukční provedení je znázorněno na obrázku. Označení vrtacího tělesa DR-CA-N s doplněním číselných rozměrových údajů má v názvu zakódován rozsah vrtaných průměrů jedním nástrojem, délku vrtání, průměr upínací stopky a délku řezné hrany příslušné vyměnitelné destičky. Těleso je vybaveno dvěma vyměnitelnými stavitelnými kazetami (vnější a vnitřní), z nichž každá je osazena dvěma shodnými čtvercovými destičkami se čtyřmi řeznými hranami o délce 10, 11 a 12 mm. Destičky SOMT.. 0408 se dodávají se dvěma typy utvářečů (DT a GF) a v jakostech karbidů IC908 pro legované oceli a litinu, IC808 pro nízkolegované oceli, nerez oceli a vysokoteplotní slitiny a IC 8080 pro výkonné vysokorychlostní vrtání litiny a ocelí. Nové SUMO TEC jakosti řezných materiálů PVD IC808 a CVD IC8080 používané pro obvodové osazení nástroje zabezpečují v kombinaci s vhodnou geometrií břitu hladký řez a výrazně prodlouženou životnost při porovnání s konkurenčními destičkami. Na vysoké kvalitě destiček se významně podílí submikronový substrát IC08 ovlivňující jejich zvýšenou tvrdost i houževnatost. Každý vrták je kompletován v balení se sadou vymezovacích příložek (jak je znázorněno na obrázku) vkládaných pod stavitelnou kazetu pro nastavení vrtáku na jiný rozměr. Pouze čtyři vrtací tělesa jsou zapotřebí k pokrytí rozsahu vrtaných otvorů od 61 do 80 mm. Těleso je opatřené výměnnými posuvnými kazetami a vymezovacími příložkami pro nastavení požadovaného rozměru vždy po 1 mm. Vhodnou kombinací vybrané příložky, rozměrově vhodné kazety a příslušného držáku lze pouhými čtyřmi velikostmi vrtacích nástrojů libovolně překrýt rozsah vrtání 61 – 80 mm, což přináší řadu skladových i jiných ekonomických výhod. Popisované nástroje DR – TWIST pro velkorozměrové vrtací operace vysokými řeznými parametry se vyznačují příkrým stoupáním šroubovice a současně i širokou spirálovou drážkou pro nerušený odchod odebraných třísek. Těleso je navíc chráněno tvrdým povlakem ISCAR´s HARD TOUCH snižujícím tření a zabraňujícím korozi. Také výměnné kazety jsou podrobeny speciálnímu vytvrzovacímu procesu pro zvýšení odolnosti proti otěru. Jakost karbidů IC808/908 je určena pro nízkolegované oceli, nerez oceli a vysokoteplotní slitiny. Jakost IC8080 je doporučována pro operace vrtání litiny a ocelí při vyšších řezných rychlostech. VYŠŠI PRODUKTIVITA APLIKACI HLUBOKEHO VRTANI Výroba hlubokých otvorů je častou aplikací v automobilovém i leteckém průmyslu i při výrobě forem a zápustek. Pro standardní operace se obvykle používají monolitní karbidové vrtáky s délkou do 20xD. Pro vyšší produktivitu, opakovatelnost a přesnost výroby se používají dělové vrtáky. ISCAR využil konstrukce dělového vrtáku při výrobě svého nástroje CHAMGUN pro operace hlubokého vrtání. Jedná se o dělový vrták s výměnnou vrtací hlavicí. Opět myšlenka nástroje bez potřeby seřizování a výměna vrtací špičky se děje na stroji. Polyamidový klíč pro výměnu vrtací špičky je součástí balení nástroje. Unikátní tvar lůžka dovoluje mnohonásobně opakovanou výměnu vrtacích hlavic. Do stejného lůžka lze upnout více rozměrů hlavic s rozdílnou geometrií a utvářeči v závislosti na vrtaném materiálu. Svarové spojení lůžka s trubkou tělesa je provedeno novou svařovací metodou umožňující přenášet velké krouticí momenty. Výsledný otvor vždy vyniká vysokou rovinností a soustředností. Drsnost povrchu se běžně pohybuje kolem 0,4-1,6 Ra. V současné době se dodávají vrtací hlavice standardně v rozsahu rozměrů 9.8 až 16.19 mm. Dalším výkonným nástrojem pro vrtání hlubších otvorů (7D a více) jsou nástroje s označením DR-DH. Lze je použít na standardních horizontálních frézovacích centrech, soustruzích a multifunkčních strojích. Není třeba žádný speciální stroj ani přípravky a vodítka a ani přídavné pumpy pro zvýšení tlaku chladicí kapaliny. Vrtací tělesa se vyrábějí v rozsahu průměrů 25.4 až 69.5 mm a jsou osazena vyměnitelnými čtyřbřitými destičkami SOMX nebo SOMT. AKCELERACE I V OBLASTI VYSTRUŽOVANI – KRATKYCH A PRŮCHOZICH OTVORŮ Zvyšující se požadavky průmyslu na přesnost a drsnost povrchu otvorů i u těch dříve třeba netolerovaných přineslo nutnost vývoje i v oblasti vystružování. Tak se zrodil systém BAYO T-REAM dovolující mnohonásobně urychlit operace vystružování. Jedná se opět o ocelovou stopku s vnitřním chlazením opatřenou výměnnou vystružovací karbidovou hlavicí upínanou na držák bajonetovým spojovacím mechanismem. Umožňuje přesnost opakovatelnosti výroby otvorů do 3 ?, a to s výměnou řezné části přímo na stroji bez potřeby seřizování délky nástroje. Kromě karbidových hlavic v různé jakosti lze objednat i vystružovací hlavice s pájenými břity PKD nebo KBN. Systém BAYO T-REAM umožňuje vystružovat otvory od průměrů 11,5 do 32 mm v přesnosti H7. Přívod chladicí kapaliny středem osového upínače s vývodem v hlavě bajonetového upínacího systému dokonale přivádí kapalinu zvlášť ke každému břitu vystružovací hlavice zvláště. Tím rapidně vzrůstá kvalita drsnosti a životnost břitů. Systém lze používat jak pro průchozí, tak i pro otvory do dna ba dokonce i pro křížící se otvory. Poslední inovace nástrojů řady BAYO T-REAM jsou „bezdrážkové“ vystružovací hlavice vyztužené vodítky. Jsou vhodné především pro slepé otvory. S ohledem na svoji konstrukci přivádí tento typ hlavice maximální tlak řezné kapaliny k jednotlivým břitům. Mezi dnem otvoru a čelem nástroje se vytváří vysoký tlak kapaliny, která je nucena unikat z řezné zóny mnohem menším prostorem mezi zuby nástroje ven z otvoru. Dokonalý a bezproblémový odchod třísek umožňuje zvýšení řezných parametrů. INOVATIVNI ŘEŠENI VRTANI KOMPOZITNICH MATERIALŮ Vrtání kompozitních materiálů je pravděpodobně jeden z největších výzkumných úkolů strojního a leteckého průmyslu současné doby. V minulosti bylo vrtání kompozitů spojeno s odlupováním, oddělováním vrstev, velmi špatným povrchem a nedostatečnou geometrií otvorů. Rozsah problémů je větší než při pokusech vrtat sendvičové materiály nebo navrstvené materiály zahrnující vrstvu titanu navrchu, skelným vláknem zpevněné plasty a finální vrstvu hliníku. Vrtání kompozitních materiálů se všeobecně považuje za klíčovou operaci leteckého průmyslu, kde vrtání nýtovacích otvorů musí být provedeno s přesností a v požadované kvalitě drsnosti povrchu stěn i geometrického tvaru a polohy. Jako jedno z řešení nabízí ISCAR nový nástroj upínaný do známého stopkového držáku MULTI-MASTER. Ten za použití kruhové interpolace a zapouštění se do materiálu vytvoří kvalitní otvor. Nástroj pracuje ve třech fázích. Hrubování, polodokončování a dokončování bez popsaných nepříznivých jevů jinak běžně doprovázejících obrábění kompozitních materiálů. Dalším řešením problematiky je orbitální vrtání. To však vyžaduje vysokou specializovanost a velké náklady na strojní vybavení. ZAVĚREM Veškerá světová výroba směřuje dnes ke zvyšování produktivity. Zvyšování počtu výrobců stejné komodity roztáčí konkurenční boj a ten je možné úspěšně vést zase jen snižováním nákladů na výrobu a zvyšováním produkce. Pokud se podíváme blíže na oblast výroby otvorů, je jasné, že velkou pozornost je třeba věnovat urychlení průniku nástroje do materiálu a efektivnímu odvodu třísek z místa řezu. Splnění těchto dvou parametrů doprovázené vhodnými vlastnostmi stroje a upnutí obrobku jsou řešením produktivity v oblasti výroby otvorů.