Przegląd Mechaniczny 12/2014

09.06.2015 Views

PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE MEP – zat´pianie ostrych kraw´dzi przy produkcji lotniczej Producenci przy obróbce elementów wykorzystujà operacje toczenia, frezowania i wiercenia. Jednak te procesy mogà prowadziç do powstawania zadziorów i niepo˝àdanych ostrych kraw´dzi na brzegach elementów. Kraw´dzie te mogà powodowaç od∏amywanie materia∏u podczas u˝ytkowania cz´Êci i ich os∏abienie, a tak˝e stanowiç zagro˝enie dla operatorów. Ze wzgl´du na te negatywne aspekty wielu u˝ytkowników koƒcowych uznaje zadziory i bardzo ostre kraw´dzie za powód do odrzucenia cz´Êci dostarczanych przez dostawców. Tradycyjnie producenci usuwajà zadziory i ostre kraw´dzie przy u˝yciu szlifierek r´cznych i innych procesów manualnych. Metody takie sà powolne i wymagajà wyj´cia cz´Êci z obrabiarki i ponownego jej monta˝u po st´pieniu ostrych kraw´dzi lub fazowaniu. Operacje te, nawet w przypadku wykonywania przez wyszkolonych pracowników, nie zapewniajà wystarczajàcej spójnoÊci pomi´dzy cz´Êciami. Wydajnà alternatywà dla r´cznego st´piania ostrych kraw´dzi jest mechaniczne profilowanie kraw´dzi (MEP – Mechanical Edge Profiling). W procesie MEP nieakceptowalne kraw´dzie eliminuje si´ za pomocà specjalnego narz´dzia i obrabiarek stosowanych do obróbki elementów. MEP oferuje liczne korzyÊci. Umo˝liwia dok∏adne zdefiniowanie ostatecznego kszta∏tu kraw´dzi i zaprogramowanie go w systemie CAM obrabiarki, co zapewnia maksymalnà powtarzalnoÊç. Redukuje ∏àczny czas produkcji, poniewa˝ eliminuje koniecznoÊç wyjmowania i ponownego mocowania cz´Êci w obrabiarce, jak równie˝ niespójnoÊci monta˝u i konfiguracji. W zwiàzku z tym, obecnie producenci narz´dzi skrawajàcych tworzà nowe, wydajne narz´dzia podnoszàce korzyÊci procesu MEP. Podstawowi kandydaci do procesu MEP Zwa˝ywszy na rosnàce, rygorystyczne wymagania przemys∏u lotniczego dotyczàce spójnoÊci i dok∏adnoÊci cz´Êci, do stosowania procesów MEP idealnie nadajà si´ elementy samolotów odrzutowych. Na przyk∏ad, elementy lotniczych silników turbinowych sà dzielone ogólnie na obrotowe i nieobrotowe. Procesy MEP nieobrotowych elementów silników, takich jak b´bny i obudowy, obejmujà zazwyczaj standardowe fazowanie i obróbk´ kraw´dzi przy u˝yciu narz´dzi stosowanych do obróbki cz´Êci. W przypadku najwa˝niejszych elementów obrotowych, takich jak wentylator i tarcze spr´˝arek, klienci stosujà znacznie wy˝sze standardy i wymagajà ca∏kowitej eliminacji niedoskona∏oÊci powierzchni. Powierzchnie przechodzà zazwyczaj proces testowania i certyfikacji w laboratoriach. Producenci narz´dzi stworzyli specjalistyczne narz´dzia MEP do usuwania zadziorów z tego typu elementów, cechujàce si´ wysokà dok∏adnoÊcià, pe∏nà powtarzalnoÊcià i mo˝liwoÊciami dostosowania. Rozwój narz´dzi MEP Standardowe narz´dzia do usuwania zadziorów i profilowania, np. stosowane dla elementów nieobrotowych, obejmujà powlekane, fazujàce frezy walcowo-czo∏owe z w´glików spiekanych o kraw´dziach skrawajàcych 45° i 60°, jak równie˝ narz´dzia wykorzystujàce p∏ytki wymienne do zapewnienia fazowania pod kàtem 45° i 60°. Standardowe narz´dzia do usuwania zadziorów i profilowania wykonane z w´glików spiekanych, takie jak wyprodukowane przez firm´ Seco, sà stosowane do elementów nieobrotowych i cz´sto cechujà si´ kraw´dziami skrawajàcymi 45° i 60° W przypadku najwa˝niejszych zastosowaƒ, producenci narz´dzi oferujà narz´dzia przeznaczone specjalnie do profilowania kraw´dzi i usuwania zadziorów na wlocie i wylocie otworów. Niektóre narz´dzia ∏àczà te mo˝liwoÊci i mogà usuwaç zadziory z obu kraƒców. Te niestandardowe narz´dzia cz´sto cechujà si´ z∏o˝onymi geometriami skrawania. Najbardziej zaawansowane majà kraw´dzie, które wytwarzajà fazy o kraw´dzi promieniowej, z kàtami przystawienia, które zapobiegajà tworzeniu zadziorów wtórnych. Producenci narz´dzi, tacy jak firma Seco, tworzà specjalne narz´dzia do profilowania kraw´dzi i usuwania zadziorów na wlotach lub wylotach otworów w najwa˝niejszych komponentach Tworzenie wyspecjalizowanych narz´dzi wykracza poza same kraw´dzie skrawajàce. W przypadku profilowania zadziorów i kraw´dzi na wejÊciu otworu lub te˝ powierzchni górnej elementu, badania pokazujà, ˝e po∏àczenie prawego ostrza z prawà spiralà cechuje si´ najwy˝szà wydajnoÊcià, poniewa˝ umo˝liwia usuwanie skrawanego materia∏u z cz´Êci. Z drugiej strony, w przypadku zadziorów na wyjÊciu na dolnej powierzchni cz´Êci najlepiej sprawdza si´ prawe ostrze ze spiralà lewoskr´tnà, równie˝ dlatego, ˝e taka konfiguracja odprowadza wióry z dala od elementu. Analizy innych zastosowaƒ pokazujà, ˝e narz´dzia MEP zaprojektowane do usuwania zadziorów z powierzchni górnych lub wejÊcia otworu charakteryzujà si´ wy˝szà trwa- ∏oÊcià ni˝ narz´dzia do usuwania zadziorów z powierzchni dolnych lub 12 ROK WYD. LXXIII ZESZYT 12/2014

PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE wyjÊç otworów. Wynika to z faktu, ˝e narz´dzia do usuwania zadziorów zaprojektowane do si´gania przez cz´Êç do wylotu otworu sà z za- ∏o˝enia d∏u˝sze i cieƒsze ni˝ narz´dzia stworzone z myÊlà o pracy tylko z jednej strony otworu. D∏u˝sze narz´dzia o mniejszej Êrednicy sà bardziej podatne na niestabilnoÊç i wibracj´, co mo˝e prowadziç do kruszenia lub ∏amania narz´dzi w´glikowych. W wyniku tego wi´kszoÊç warsztatów decyduje si´ na zastosowanie osobnych narz´dzi do usuwania zadziorów z poszczególnych stron otworów, zamiast jednego narz´dzia do obu tych celów. D∏u˝sze narz´dzia o mniejszej Êrednicy wymagajà tak˝e wi´kszej uwagi przy wyborze parametrów skrawania. Krótkie, mocne narz´dzie mo˝e pracowaç z wy˝szà pr´dkoÊcià bez wibracji i innych problemów. Ró˝nice powoduje te˝ geometria i charakterystyka cz´Êci. W przypadku stabilnych warunków skrawania oraz p∏ynnych, nieprzerwanych ruchów mo˝na stosowaç bardziej agresywne parametry skrawania. Z drugiej strony, elementy cz´Êci takie, jak otwory dost´powe, które przerywajà Êcie˝ki skrawania MEP, wymagajà zastosowania bardziej zachowawczych parametrów, które minimalizujà zu˝ycie narz´dzia i zapobiegajà przedwczesnym awariom. W ramach nieustajàcego udoskonalania narz´dzi MEP tworzone sà narz´dzia, które jednoczeÊnie obrabiajà cz´Êç i usuwajà z niej zadziory. Na przyk∏ad, kraw´dê skrawajàca MEP mo˝e znajdowaç si´ na szczycie frezu walcowo-czo∏owego, co pozwala na równoczesnà obróbk´ Êrednicy otworu i usuwanie zadziorów z jego kraw´dzi wejÊciowych. Wyzwania zwiàzane z materia∏ami Wiele materia∏ów stosowanych w przemyÊle lotniczym stawia dodatkowe wymagania dotyczàce usuwania zadziorów i fazowania ostrych kraw´dzi ze wzgl´du na charakterystyk´ obróbki. Na przyk∏ad, stopy niklowe stosowane w elementach silników cechujà si´ ciàgliwoÊcià i s∏abà przewodnoÊcià cieplnà. W zwiàzku z tym ciep∏o wytwarzane w procesach skrawania jest absorbowane przez narz´dzie skrawajàce, obni˝ajàc jego trwa∏oÊç. W zwiàzku z tym podczas definiowania metalurgii i geometrii narz´dzia producenci narz´dzi dà˝à do równowagi mi´dzy ostroÊcià i wytrzyma∏oÊcià kraw´dzi. Pod∏o˝e z twardych w´glików mo˝e cechowaç si´ dobrà odpornoÊcià na zu˝ycie termiczne i Êcieranie, ale brak mu odpornoÊci na uderzenia, cechujàcej pod∏o˝e z dodatkiem kobaltu lub innego materia∏u stopowego, który podnosi jego ciàgliwoÊç. Podobnie, niezwykle ostra kraw´dê skrawajàca mo˝e byç podatna na od∏amywanie znacznie bardziej ni˝ elementy o kraw´dziach zaokràglonych. Producenci narz´dzi regulujà tak˝e kàty natarcia i linii Êrubowej oraz pow∏oki narz´dzi w celu uzyskania najlepszych rezultatów w obróbce okreÊlonych materia∏ów. WielkoÊç narz´dzia W przypadku obróbki du˝ych otworów i kraw´dzi producenci narz´dzi mogà projektowaç narz´dzia o dowolnej wielkoÊci, dla których dostawcy mogà zapewniç pó∏wyrób o odpowiedniej wielkoÊci. Istniejà jednak ograniczenia dotyczàce mniejszych elementów. Obecnie najmniejszy promieƒ obróbki wynosi 0,2 mm z proporcjonalnie mniejszymi poczàtkowymi i koƒcowymi kàtami przystawienia. Niestandardowe narz´dzia MEP cechujà si´ konkretnymi promieniami, fazami, kàtami i kombinacjami tych cech. Narz´dzia te majà zazwyczaj kszta∏t walcowo-czo∏owy. Jednak˝e dost´pne sà tak˝e narz´dzia z pe∏nym promieniem i kuliste, umo˝liwiajàce profilowanie elementów, których kontury ograniczajà zastosowanie narz´dzi MEP o walcowo- -czo∏owych kszta∏tach. W przypadku monta˝u w obrabiarce pi´cioosiowej narz´dzia te umo˝liwiajà skanowanie kompleksowych profili cz´Êci i tworzenie promieni na d∏ugich, konturowanych kraw´dziach. Procesy MEP w praktyce W celu osiàgni´cia maksymalnej dok∏adnoÊci i spójnoÊci oraz ograniczenia czasu poÊwi´canego na przenoszenie cz´Êci mi´dzy obrabiarkami, producenci wykonujà zazwyczaj procesy MEP w ramach w∏aÊciwej operacji obróbki cz´Êci. Usuwanie zadziorów nast´puje zazwyczaj po zakoƒczeniu wszystkich operacji obróbki. Program CAM programuje narz´dzia MEP na usuni´cie zadziorów ze wszystkich otworów oraz za∏amanie ostrych kraw´dzi. Niektóre narz´dzia MEP umo˝liwiajà usuwanie zadziorów z szerokiej gamy otworów, a cz´Êç narz´dzi profilujàcych mo˝na stosowaç w trzech lub czterech ró˝nych lokalizacjach i miejscach, takich jak dolna cz´Êç otworu oraz dolna kraw´dê konturu muszelkowego. W celu zapewnienia, ˝e profilowanie kraw´dzi zachodzi w odpowiednim miejscu i we w∏aÊciwym stopniu, przed rozpocz´ciem operacji MEP nale˝y zdefiniowaç lub zmierzyç otwór lub element. W przypadku bardzo niewielkich tolerancji cz´Êci lokalizacja cz´Êci jest dobrze zdefiniowana, co mo˝e eliminowaç koniecznoÊç prowadzenia pomiarów w trakcie procesów. Jednak˝e w przypadku szerokich tolerancji konieczne jest przeprowadzenie pomiarów po obróbce wst´pnej w celu okreÊlenia po∏o˝enia kraw´dzi lub fragmentu wymagajàcego profilowania. Dodatkowo konieczne jest przeprowadzenie pomiaru i zlokalizowanie samego narz´dzia w celu zapewnienia poprawnego profilowania cz´Êci. Narz´dzia cechujà si´ ma∏ymi promieniami (praktycznie niemierzalnymi), w zwiàzku z czym d∏ugoÊç narz´dzia jest definiowana w programie CAM. Operator mo˝e potwierdziç d∏ugoÊç narz´dzia poza obrabiarkà przy u˝yciu presettera lub na obrabiarce przy u˝yciu sondy laserowej lub dotykowej. Pr´dkoÊç posuwu jest obliczana wzgl´dem zmierzonych wymiarów elementów cz´Êci i narz´dzia. Najbardziej zaawansowane, niestandardowe narz´dzia do usuwania zadziorów sà mierzone ca∏kowicie przez producentów z tolerancjà do 40 mikronów na ca∏ym profilu, z uwzgl´dnieniem bicia. Operacje st´piania ostrych kraw´dzi i fazowania nale˝y traktowaç jako etap wykaƒczajàcy, skoncentrowany na zapewnieniu jakoÊci. WydajnoÊç jest zawsze wa˝na, ale zw∏aszcza w przypadku elementów dla przemys∏u lotniczego wartych setki tysi´cy euro, koncentracja na wydajnoÊci mo˝e mieç negatywne i kosztowne konsekwencje. Kluczowa jest spójnoÊç, niezawodnoÊç i eliminacja odpadów. ROK WYD. LXXIII ZESZYT 12/2014 13

PROBLEMY • NOWOÂCI • INFORMACJE<br />

wyjÊç otworów. Wynika to z faktu,<br />

˝e narz´dzia do usuwania zadziorów<br />

zaprojektowane do si´gania<br />

przez cz´Êç do wylotu otworu sà z za-<br />

∏o˝enia d∏u˝sze i cieƒsze ni˝ narz´dzia<br />

stworzone z myÊlà o pracy tylko<br />

z jednej strony otworu. D∏u˝sze narz´dzia<br />

o mniejszej Êrednicy sà bardziej<br />

podatne na niestabilnoÊç i wibracj´,<br />

co mo˝e prowadziç do kruszenia<br />

lub ∏amania narz´dzi w´glikowych.<br />

W wyniku tego wi´kszoÊç warsztatów<br />

decyduje si´ na zastosowanie<br />

osobnych narz´dzi do usuwania<br />

zadziorów z poszczególnych stron<br />

otworów, zamiast jednego narz´dzia<br />

do obu tych celów.<br />

D∏u˝sze narz´dzia o mniejszej Êrednicy<br />

wymagajà tak˝e wi´kszej uwagi<br />

przy wyborze parametrów skrawania.<br />

Krótkie, mocne narz´dzie mo˝e<br />

pracowaç z wy˝szà pr´dkoÊcià bez<br />

wibracji i innych problemów. Ró˝nice<br />

powoduje te˝ geometria i charakterystyka<br />

cz´Êci.<br />

W przypadku stabilnych warunków<br />

skrawania oraz p∏ynnych, nieprzerwanych<br />

ruchów mo˝na stosowaç<br />

bardziej agresywne parametry<br />

skrawania. Z drugiej strony, elementy<br />

cz´Êci takie, jak otwory dost´powe,<br />

które przerywajà Êcie˝ki skrawania<br />

MEP, wymagajà zastosowania bardziej<br />

zachowawczych parametrów,<br />

które minimalizujà zu˝ycie narz´dzia<br />

i zapobiegajà przedwczesnym<br />

awariom.<br />

W ramach nieustajàcego udoskonalania<br />

narz´dzi MEP tworzone sà<br />

narz´dzia, które jednoczeÊnie obrabiajà<br />

cz´Êç i usuwajà z niej zadziory.<br />

Na przyk∏ad, kraw´dê skrawajàca<br />

MEP mo˝e znajdowaç si´ na szczycie<br />

frezu walcowo-czo∏owego, co pozwala<br />

na równoczesnà obróbk´ Êrednicy<br />

otworu i usuwanie zadziorów<br />

z jego kraw´dzi wejÊciowych.<br />

Wyzwania zwiàzane<br />

z materia∏ami<br />

Wiele materia∏ów stosowanych<br />

w przemyÊle lotniczym stawia dodatkowe<br />

wymagania dotyczàce usuwania<br />

zadziorów i fazowania ostrych<br />

kraw´dzi ze wzgl´du na charakterystyk´<br />

obróbki.<br />

Na przyk∏ad, stopy niklowe stosowane<br />

w elementach silników cechujà<br />

si´ ciàgliwoÊcià i s∏abà przewodnoÊcià<br />

cieplnà. W zwiàzku z tym<br />

ciep∏o wytwarzane w procesach skrawania<br />

jest absorbowane przez narz´dzie<br />

skrawajàce, obni˝ajàc jego<br />

trwa∏oÊç.<br />

W zwiàzku z tym podczas definiowania<br />

metalurgii i geometrii narz´dzia<br />

producenci narz´dzi dà˝à do<br />

równowagi mi´dzy ostroÊcià i wytrzyma∏oÊcià<br />

kraw´dzi. Pod∏o˝e z twardych<br />

w´glików mo˝e cechowaç si´<br />

dobrà odpornoÊcià na zu˝ycie termiczne<br />

i Êcieranie, ale brak mu odpornoÊci<br />

na uderzenia, cechujàcej<br />

pod∏o˝e z dodatkiem kobaltu lub<br />

innego materia∏u stopowego, który<br />

podnosi jego ciàgliwoÊç. Podobnie,<br />

niezwykle ostra kraw´dê skrawajàca<br />

mo˝e byç podatna na od∏amywanie<br />

znacznie bardziej ni˝ elementy<br />

o kraw´dziach zaokràglonych.<br />

Producenci narz´dzi regulujà<br />

tak˝e kàty natarcia i linii Êrubowej<br />

oraz pow∏oki narz´dzi w celu uzyskania<br />

najlepszych rezultatów w obróbce<br />

okreÊlonych materia∏ów.<br />

WielkoÊç narz´dzia<br />

W przypadku obróbki du˝ych<br />

otworów i kraw´dzi producenci narz´dzi<br />

mogà projektowaç narz´dzia<br />

o dowolnej wielkoÊci, dla których<br />

dostawcy mogà zapewniç pó∏wyrób<br />

o odpowiedniej wielkoÊci. Istniejà<br />

jednak ograniczenia dotyczàce mniejszych<br />

elementów. Obecnie najmniejszy<br />

promieƒ obróbki wynosi 0,2 mm<br />

z proporcjonalnie mniejszymi poczàtkowymi<br />

i koƒcowymi kàtami przystawienia.<br />

Niestandardowe narz´dzia MEP<br />

cechujà si´ konkretnymi promieniami,<br />

fazami, kàtami i kombinacjami<br />

tych cech. Narz´dzia te majà zazwyczaj<br />

kszta∏t walcowo-czo∏owy.<br />

Jednak˝e dost´pne sà tak˝e narz´dzia<br />

z pe∏nym promieniem i kuliste,<br />

umo˝liwiajàce profilowanie elementów,<br />

których kontury ograniczajà zastosowanie<br />

narz´dzi MEP o walcowo-<br />

-czo∏owych kszta∏tach.<br />

W przypadku monta˝u w obrabiarce<br />

pi´cioosiowej narz´dzia te<br />

umo˝liwiajà skanowanie kompleksowych<br />

profili cz´Êci i tworzenie<br />

promieni na d∏ugich, konturowanych<br />

kraw´dziach.<br />

Procesy MEP w praktyce<br />

W celu osiàgni´cia maksymalnej<br />

dok∏adnoÊci i spójnoÊci oraz ograniczenia<br />

czasu poÊwi´canego na przenoszenie<br />

cz´Êci mi´dzy obrabiarkami,<br />

producenci wykonujà zazwyczaj<br />

procesy MEP w ramach w∏aÊciwej<br />

operacji obróbki cz´Êci.<br />

Usuwanie zadziorów nast´puje<br />

zazwyczaj po zakoƒczeniu wszystkich<br />

operacji obróbki. Program CAM<br />

programuje narz´dzia MEP na usuni´cie<br />

zadziorów ze wszystkich otworów<br />

oraz za∏amanie ostrych kraw´dzi.<br />

Niektóre narz´dzia MEP umo˝liwiajà<br />

usuwanie zadziorów z szerokiej gamy<br />

otworów, a cz´Êç narz´dzi profilujàcych<br />

mo˝na stosowaç w trzech<br />

lub czterech ró˝nych lokalizacjach<br />

i miejscach, takich jak dolna cz´Êç<br />

otworu oraz dolna kraw´dê konturu<br />

muszelkowego.<br />

W celu zapewnienia, ˝e profilowanie<br />

kraw´dzi zachodzi w odpowiednim<br />

miejscu i we w∏aÊciwym<br />

stopniu, przed rozpocz´ciem operacji<br />

MEP nale˝y zdefiniowaç lub zmierzyç<br />

otwór lub element. W przypadku<br />

bardzo niewielkich tolerancji cz´Êci<br />

lokalizacja cz´Êci jest dobrze zdefiniowana,<br />

co mo˝e eliminowaç koniecznoÊç<br />

prowadzenia pomiarów<br />

w trakcie procesów. Jednak˝e w przypadku<br />

szerokich tolerancji konieczne<br />

jest przeprowadzenie pomiarów po<br />

obróbce wst´pnej w celu okreÊlenia<br />

po∏o˝enia kraw´dzi lub fragmentu<br />

wymagajàcego profilowania.<br />

Dodatkowo konieczne jest przeprowadzenie<br />

pomiaru i zlokalizowanie<br />

samego narz´dzia w celu zapewnienia<br />

poprawnego profilowania<br />

cz´Êci. Narz´dzia cechujà si´ ma∏ymi<br />

promieniami (praktycznie niemierzalnymi),<br />

w zwiàzku z czym d∏ugoÊç<br />

narz´dzia jest definiowana w programie<br />

CAM. Operator mo˝e potwierdziç<br />

d∏ugoÊç narz´dzia poza obrabiarkà<br />

przy u˝yciu presettera lub na<br />

obrabiarce przy u˝yciu sondy laserowej<br />

lub dotykowej. Pr´dkoÊç posuwu<br />

jest obliczana wzgl´dem zmierzonych<br />

wymiarów elementów cz´Êci<br />

i narz´dzia. Najbardziej zaawansowane,<br />

niestandardowe narz´dzia do<br />

usuwania zadziorów sà mierzone<br />

ca∏kowicie przez producentów z tolerancjà<br />

do 40 mikronów na ca∏ym<br />

profilu, z uwzgl´dnieniem bicia.<br />

Operacje st´piania ostrych kraw´dzi<br />

i fazowania nale˝y traktowaç<br />

jako etap wykaƒczajàcy, skoncentrowany<br />

na zapewnieniu jakoÊci.<br />

WydajnoÊç jest zawsze wa˝na, ale<br />

zw∏aszcza w przypadku elementów<br />

dla przemys∏u lotniczego wartych<br />

setki tysi´cy euro, koncentracja na<br />

wydajnoÊci mo˝e mieç negatywne<br />

i kosztowne konsekwencje. Kluczowa<br />

jest spójnoÊç, niezawodnoÊç i eliminacja<br />

odpadów.<br />

ROK WYD. LXXIII ZESZYT <strong>12</strong>/<strong>2014</strong><br />

13

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!