Nástroje | 25. 3. 2019

Chytřejší reakce na inteligentní smíšené konstrukce

EMO Hannover 2019: Hybridní díly, prezentované v rámci oblasti lehkých konstrukcí, jsou pro průmysl obráběcích strojů téma velkého významu.

Sólové materiály jsou především u lehkých konstrukcí minulostí. Žádané jsou smíšené konstrukce – složené například z vrstev z plastu, hliníku nebo oceli. Jak je ale možné opracovávat hybridní díly, jejíž vlastnosti se s každou vrstvou mění? Odpovědi na tyto otázky přinesou nejen řešení průmyslu obráběcích strojů v září na veletrhu EMO Hannover 2019, ale o několik měsíců dříve je zodpoví také prof. Frank Barthelmä, výkonný ředitel GFE – Společnosti výrobní techniky a vývoje se sídlem v Schmalkaldenu e.V.

Projekt EU DynaTool zkoumal, jak lze senzory v nástrojích a držácích nástrojů použít k vytvoření procesů řezání stabilních vůči vibracím. (foto: www.emo-hannover.de)

Pane profesore Barthelmä, vědecký pracovník v oblasti nástrojů je už dávno připraven na výzvu, kterou představují hybridy. Jaká témata jsou aktuálně v klasické technice nástrojů především v popředí zájmu? 

Frank Barthelmä: Z pohledu nástrojové techniky je vždy zajímavé, pokud požadavek uživatelů je, opracovávat různé materiály jednoho dílu pokud možno stejným nástrojem a samozřejmě úsporně. Typické příklady jsou kombinované materiály jako hliník s titanem, pojené materiály ve spojení s kovy až po systémy s několika vrstvami. Využívají se v leteckém průmyslu a kosmonautice, v automobilovém průmyslu a stále více také při výrobě strojů a zařízení. Břit nástrojů zde naráží na  různé požadavky. Za velkou výzvu považuji například zpracování tak zvaných tvrdých a měkkých kombinací s jejich „přechodovými zónami“.

Co to znamená pro „trojhvězdí nástrojů“, tedy souhru břitu, geometrie a úpravu povrchu?  

Frank Barthelmä: Právě ve výzkumu a vývoji je třeba zohledňovat komplexnost těchto faktorů, tedy také jejich vzájemné působení. Kdyby byla například nutná změna řezného materiálu a vývoj nové geometrie břitu, musí být změněna povrchová úprava a technologie úpravy povrchu. Pozornost musí být věnována mikrogeometrii břitu v přechodové oblasti hlavního a vedlejšího břitu. Právě u hybridních materiálů, které se obtížně obrábějí, je to obzvlášť důležité. Odborný svaz výrobců přesných nástrojů VDMA nedávno zahájil výzkumný projekt, v jehož rámci Společnost výrobní techniky a vývoje GFE společně s partnery z průmyslu a výzkumu zkoumá podobné souvislosti působení ve spojení s optimální mikrogeometrií břitu, která je optimálně přizpůsobená příslušnému procesu obrábění. 

Navíc se stále více dostává do hry digitalizace, která pomocí senzoriky a algoritmů usnadňuje obrábění materiálů složených z vrstev přizpůsobením řezných procesů. Jak podporujete průmysl nástrojů a jejich uživatele Vaším současným výzkumným programem? 

Frank Barthelmä: Co se týká senzoriky, zažili jsme už několik „revolučních“ novinek vhodných pro nasazení mimo jiné u nástrojů. Co se týká velikosti, došlo k enormnímu pokroku směrem k miniaturizaci při stejné nebo větší výkonnosti. Zlepšila se schopnost generovat a přenášet data. Důležité ale je vyfiltrovat a smysluplně vyhodnotit z částečně obrovského množství dat přesně ta správná data. Analýzou dat by se měli zabývat nejen odborníci v oblasti nástrojů, ale také odborníci v oblasti měřicí techniky a elektroniky až po specialisty v oboru IT. Tím se budou do budoucna obecně vyznačovat výzkumné projekty. Žádané je kromě toho včasné zapojení vlastních koncových uživatelů.

Je možné přenést zkušenosti z projektu EU „Dyna-Tool – zvyšování účinnosti  třískového obrábění“, na kterém pracujete společně s mezinárodními partnery, také na hybridní materiály? 

Frank Barthelmä: Ano, protože materiály použité u hybridního dílu mají různé vlastnosti, jako je tvrdost a struktura. Senzorika musí být schopná dostatečně přesně zachycovat tyto vlastnosti respektive analyzovat je, aby bylo možno odvozovat z nich hodnoty použitelné při tvorbě procesů. Tímto způsobem je možno například zabránit nežádoucím vibracím. Jak tomu zabránit na začátku  procesu včasným zásahem, dokazují projekty jako je Dyna-Tool. Zde jde o to, jak stabilizovat procesy obrábění pomocí senzoriky v nástrojích a při upevňování nástrojů i přes vibrace. 

Nejen obrobky, ale také nástroje mají stavbu z vrstev, které se částečně také vyrábějí aditivním postupem. Jak působí tisk 3D na chování těchto hybridních nástrojů (pružnost, opotřebení, vibrační chování), na co se musí uživatel zaměřit? 

Frank Barthelmä: Zde samozřejmé platí zásada, že hybridní respektive aditivně vyrobený nástroj musí mít nejen stejné, ale spíše lepší vlastnosti než tradiční nástroje. A to je v každém případě dané tam, kde se aditivními postupy vyrábějí tvarové prvky nebo geometrie, které se jinak nedají realizovat. Samozřejmě jsou i zde velkým tématem lehké konstrukce. Na zasedání ve Schmalkaldenu věnovaném nástrojům jsme v rámci Výzkumného pole GFE například předváděli velké vrtáky vyrobené hybridním procesem: Pro vrtací nástroje velkých průměrů jsme realizovali tak zvané traverzy se strukturou z vrstev a značně snížili hmotnost celého nástroje vhodným uspořádáním dutých struktur uvnitř základního tělesa nástroje při jeho doložené stejné stabilitě. Další výhodou vedle snížené hmotnosti je, že nástroje mají především při větším počtu otáček méně častou tendenci k vibracím a v důsledku klidného běhu se dosahuje lepší kvality vrtaných otvorů.  

O těchto a dalších projektech se zájemci dozví v září  2019 na veletrhu EMO Hannover a v rámci tamějších fór Oborného svazu přesných nástrojů VDMA: Jaká témata veletrhu EMO v Hannoveru Vás především zajímají -s ohledem na hybridní materiály? 

Frank Barthelmä: Zajímají mne zvláště zkušenosti uživatelů podle hesla „ Z praxe – pro praxi“, a to sice podél celého řetězce tvorby hodnot. Zajímavé jsou zkušenosti, které začínají dokonce u výrobce „hybridního materiálu“ a sahají až ke koncovému uživateli. Zajímají mne také příklady využití hybridních materiálů a dílů včetně jejich působení na energetickou bilanci a bilanci nákladů výrobního procesu. 

Ptal se: Nikolaus Fecht, Gelsenkirchen

www.emo-hannover.de