Aditivní výroba posouvá nové horizonty pro hydraulické upínání
Požadavky na upínací trn, důležitý uzel mezi strojem a nástrojem, neustále rostou. Přesnost, spolehlivost procesu a snadná manipulace, jsou v horní části seznamu požadavků. Ze všech současných řešení, pokud jde o přesnost, jsou na tom hydraulické trny/sklíčidla nejlépe.
Nicméně, až doposud, pájený spoj představoval omezující faktor v technologii hydraulických sklíčidel, například z hlediska tepelné odolnosti anebo přenosu krouticího momentu.
Vyšší spolehlivost procesu a výrazně širší spektrum aplikací
Avšak poté, co společnost Mapal eliminovala vliv těchto faktorů prostřednictvím rozvoje HTC (High torgue chuck) technologie, výroba trnů "z jednoho kusu" byla přivedena k dokonalosti. Díky aditivnímu způsobu výroby byla dřívější technologická omezení hydraulického upínacího potlačena tak, že se otevírá nové mnohem širší spektrum aplikací.
Dva hlavní komponenty hydraulického trnu - základní těleso a rozpínací pouzdro - jsou u konvenčního provedení vzájemně spojeny prostřednictvím pájení. Pevnost tohoto pájeného spoje je výrazně nižší, než je pevnost tělesa a rozpínacího pouzdra a vytváří potenciální omezení. Mosazný spoj je zodpovědný za omezené používání hydraulických trnů do 50 °C provozní teploty. V současnosti jsou kovozpracující společnosti, které obvykle obrábění provádějí, nuceny využívat maximálně dostupnou techniku a snižovat vlastní náklady obrábění lepším využíváním energie a materiálů. Příkladem mohou být současné trendy v obrábění směřující k vysokorychlostnímu obrábění, velkoobjemovému odběru třísek, minimu mazání a dokonce i suchému obrábění. To vše má však za následek nárůst provozních teplot, které jsou mnohem vyšší, než je mez hydraulických upínačů.
Mosazný spoj jako omezující faktor hydraulických upínačů
Vyšší teplota prostředí zvyšuje tlak v hydraulickém systému tím, že olej ve vnitřku hydraulického upínacího pouzdra má koeficient roztažnosti 50krát vyšší, než ocel tělesa.
I když to má za následek zvýšení upínací síly, může dojít k selhání sklíčidla v místě pájeného spoje, který může být zničen vysokým tlakem. To se hovorově nazývá "exploze" upínače. Veškerá upínací síla je ztracena. Pájený spoj a související omezení byla důvodem pro hledání vylepšené konstrukce. S vývojem trnu pro přenos velkých krouticích momentů (HighTorque Chuck) v roce 2009 se podařilo dostat hodnoty limitujících faktorů, jako je teplota, do příznivějších relací. Aditivní výroba, se kterou společnost Mapal pracuje od roku 2013, představuje další pokrok. Firma používá 3D tisk ve formě SLM (Selective Laser Melting). Jde o proces navařování jednotlivých vrstev na základ. Rozprostřený kovový prášek se pomocí laserového paprsku taví po vrstvách v oblastech, tvořících nosné těleso. Součást je budována zdola nahoru. Povrchy, které se taví, jsou rozděleny do čtvercových vzorků (šachovnicovém vzoru). Tyto nejsou taveny po sobě dle geometrické polohy, ale na základě statistického rozdělení tak, aby se předešlo teplotním pnutím ve vytvářené vrstvě. Pro aditivní výroby používá Mapal hlavně speciální teplotě odolné oceli ve formě prášku s velikost částic 10 až 45 µm. Tento materiál poskytuje řadu výhod, může být svařován i pájen s minimální deformací a je mimořádně vhodný pro hybridní konstrukce. Toto využila firma Mapal v HTC s úzkým tvarem a zúžením vnějšího úkosu do tří stupňů pro první aditivně vyráběné hydraulické upínače.
Jednoznačný technologický pokrok
Během výroby HTC s úzkým tvarem je funkční oblast aplikována na konvenčně vyráběná tělesa nástroje pomocí SLM. Nové sklíčidlo již sériově vyrábí a je úspěšně zařazováno do zákaznických projektů. Jeho unikátní vlastností je, že výhody hydraulické techniky, jako je například snadná manipulace spolu se všemi výhodami, které přináší pokračující vývoj HTC, jako jsou tepelná odolnost a přenos velkého krouticího momentu, mohou nyní být použita i pro tvarově náročná řešení. SLM umožňuje umístit funkční upínací plochu do těsné blízkosti vrcholu upínacího tělesa, což by nebylo možné v konvenčním výrobním procesu. Kromě toho aditivní výroba nevyžaduje použití pájeného spoje. Jednoznačným přínosem je zvýšení spolehlivosti procesu a další potlačení dřívějších omezení hydraulických technologických systémů.
Konstrukční volnost přináší nové možnosti
Aditivní výroba je aplikována firmou Mapal v cílových oblastech, kde inovace byla dříve nemožná kvůli výrobním možnostem. O něco vyšší náklady na aditivní výrobu ve srovnání s konvenční výrobou budou prověřovány v budoucnu. Výhody poskytované aditivní výrobou jasně převažují původní omezení. Výrobní a konstrukční volnost a zejména možnost hybridní výroby spolu s nízkou hmotností těles zhotovených pomocí SLM jsou zvláště přesvědčivé. Další možnosti, které poskytuje aditivní výroba je "vložení" hydraulického upnutí přímo do speciálních složitých nástrojů. Je tedy možné použít pozitivní vlastnosti hydraulické techniky, jako je tlumící schopnost, snadná manipulace a teplotní odolnost, ve speciálně konstruovaných složitých nástrojích. Mapal pokračuje v intenzivním výzkumu a vývoji nových možnosti jejího použití. Tímto způsobem, se nadále posouvají hranice toho, co bylo předtím nepředstavitelné.
Je jisté, že Aditivní Výroba bude v budoucnosti hrát hlavní roli ve výrobě upínacích zařízení a nástrojů a to s vysokou přidanou hodnotou pro zákazníka.
Výhody nových hydraulických upínacích trnů vyráběných metodou SLM
- Široké spektrum využití včetně výroby forem, automobilového a leteckého průmyslu,
- Obráběcí operace v tvarově kritických oblastech s hydraulickou technikou,
- Spolehlivé upínání také při teplotách do 170 °C díky odstranění pájeného spoje mezi upínacím pouzdrem a tělesem nástroje,
- Optimální přesnost radiálního házení pro 2.5xD,
- Lepší povrchová úprava nástroje s delší životností,
- Kratší doba seřízení a nižší náklady na nástroje obráběcích strojů,
- Není třeba indukčních strojů pro upnutí nástrojů.
403
