Artykuły
|
Szlifierki w codziennym życiu narzędziowni
09-01-2009
.jpg) Szlifierki w narzędziowni to najważniejszy z problemów, z jakimi spotykają się tego typu zakłady. Omawiamy go na podstawie doświadczeń zbieranych od 1925 roku przez Zakład Narzędziowy Państwowej Fabryki Broni, później Zakłady Metalowe w Radomiu i obecnie Narzędziownię Łucznik Sp. z o.o. Praca z najtrudniejszymi materiałami, jakie są dostępne na rynku, oraz wyrafinowane technologie obróbki z dokładnościami dochodzącymi do 0,001 mm dają podstawę do wydania rzeczowej opinii w sprawie szlifierek narzędziowych.
Wytyczne dotyczące doboru szlifierek zwykle wynikają z charakteru zakładu. Zakłady narzędziowe świadczą usługi produkcji małoseryjnej i jednostkowej. Tylko narzędziownie wytwarzające standardowe wiertła, frezy itp. używają maszyn do produkcji wielkoseryjnej. Wszelkie inne produkty: sprawdziany, ustawiaki, nastawiaki, formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki, uchwyty i przyrządy obróbkowe, a także specjalistyczne narzędzia skrawające nigdy nie są zamawiane w masowych ilościach. Ma to wpływ na stosowanie maszyn przeznaczonych głównie do produkcji małoseryjnej. Kolejną kwestią jest uniwersalny charakter maszyn. Wynika on ze stosunkowo szerokiego asortymentu oferowanych usług oraz gamy stosowanych materiałów. Nie istnieje narzędziownia o opisanym charakterze usług, której udałoby się zaistnieć i utrzymać na rynku w oparciu tylko o jeden wybrany produkt lub usługę, dlatego obserwujemy konieczność posiadania uniwersalnych maszyn. Nie dokonamy szczególnego odkrycia, jeśli określimy kolejny parametr maszyn jako podstawowy wymóg, czyli precyzję (inaczej: dokładność). Mam tu na myśli zarówno dokładność pozycjonowania narzędzia, jak i dokładność obróbki.
WYBÓR MASZYNY
Rynek oferuje szlifierki do płaszczyzn, otworów, wałków (co jest oczywiste w ich uniwersalnych wersjach) oraz szlifierki 3D (lub więcej: 4D i 5D). Jeżeli
charakter produkcji lub usług jest bardzo szeroki, jeżeli chcemy zapewnić sobie dużą elastyczność produkcji i dysponujemy odpowiednio dużym funduszem
inwestycyjnym, zdecydujmy się na wyposażenie zakładu w wyspecjalizowane szlifierki. Statystyka dla naszego przykładu narzędziowni opisanej powyżej
implikuje następujące wyposażenie:
– 2 szt. szlifierek do płaszczyzn,
– 2 szt. szlifierek kłowych do wałków,
– szlifierka do otworów.
Wszystkie maszyny są maszynami specjalistycznymi przeznaczonymi tylko do tej jednej konkretnej operacji. Oczywiście każdy większy zakład będzie posiadał odpowiednio więcej maszyn, jednak proporcja liczby sztuk i typów wydaje się nadal niezmienna. Wówczas też powinna się pojawić maszyna 3D jako naturalne uzupełnienie parku maszynowego. Dla narzędziowni, która wytwarza więcej specjalnych narzędzi skrawających, niezbędne jest posiadanie szlifierki wieloosiowej do szlifowania ostrzy narzędzi oraz kształtowania zejścia ostrza w narzędziu. Można zrezygnować wówczas z jednej szlifierki do płaszczyzn lub wałków i na pewno ze szlifierki do otworów, która do wytwarzania narzędzi skrawających nie jest konieczna. Mniejsze narzędziownie mogą opierać się na uniwersalnym parku maszynowym, to znaczy zakupić szlifierkę uniwersalną do szlifowania wałków i otworów i osobną szlifierkę do płaszczyzn. Najmniejsze narzędziownie powinny zdecydowanie opierać się na maszynie wieloosiowej w celu obniżenia kosztów parku maszynowego.
Łatwo jest zauważyć następujący algorytm:
– narzędziownie najmniejsze – szlifierka wieloosiowa,
– narzędziownie małe o niewielkim zakresie usług – niewiele maszyn
uniwersalnych,
– narzędziownie średnie o wąskim zakresie usług – maszyny uniwersalne w połączeniu z maszynami specjalistycznymi (decyduje przeważający typ usług),
– narzędziownie średnie o szerokim zakresie usług – podstawowy zestaw maszyn specjalistycznych,
– narzędziownie duże i szeroki zakres usług – maszyny specjalistyczne wspierane maszynami wieloosiowymi.
Oczywiście istnieje także zasada specyfiki rozwiązań indywidualnych, w których przedyskutowane przez nas reguły nie znajdują zastosowania i właściciel użyje innego algorytmu doboru maszyn. Proces doboru maszyn nie stwarza, jak widać, większych problemów. Praktyka życia codziennego nie jest już jednak
tak oczywista. Problem polega na tym, że niewielu producentów oferuje maszyny na potrzeby narzędziowni. Często szlifierki określane przez producenta
jako narzędziowe są adaptacjami maszyn produkcyjnych. Gdzie leży przyczyna tego stanu rzeczy? W Polsce funkcjonuje około 600 narzędziowni (wskazówką jest
nazwa) różnych wielkości i charakteru, największe z nich zatrudniają do 150 pracowników. Nie jest to, jak widać, duży rynek dla producenta maszyn. Nie skłania to do prac konstrukcyjno-rozwojowych nad specyficznym, wymagającym skomplikowanych rozwiązań technicznych modelem szlifierki narzędziowej.
ASORTYMENT MASZYN A INDYWIDUALNE POTRZEBY NARZĘDZIOWNI Istnieje pewna grupa maszyn dla narzędziowni, jak modele produkowane przez znane firmy: Hauser, Studer itp. One jednak też nie zaspokajają w pełni potrzeb narzędziowni, bowiem potrzeby są różnorodne: używane są materiały coraz bardziej wymagające, klienci zlecają coraz trudniejsze zadania. Dlatego narzędziownie wybierają często maszyny produkcyjne o szczególnie sztywnej konstrukcji, z pewnym prowadzeniem wrzecion, często o unikalnym, specyficznym, bardzo dokładnym łożyskowaniu. Podobne parametry musi spełniać układ pozycjonowania przedmiotu – tu szczególnie łoża szlifierek i ich wykonanie mają podstawowe znaczenie. Następnie wyposaża się szlifierki w układy pomiarowe oparte na listwach pomiarowych w różnych standardach, zależnie od potrzeb. Tak skonstruowana maszyna musi dawać możliwość korekt poprzez prosty system kompensacji zużycia maszyny. Obecnie jest to możliwe na drodze elektronicznej dla maszyn ze sterowaniem CNC lub poprzez proste układy wymiennych pryzm, wałków, kamieni i podkładek. Idealnie jest, jeśli producent maszyn chce spełnić nasze tak sprecyzowane wymagania i zbuduje nam szlifierkę. Jeśli nie jest to możliwe, pozostają własna inwencja i korzystanie z firm usługowych, które zaadaptują dla nas maszynę. To tańsze i równie dobre rozwiązanie. Dokładność pozycjonowania tarcz lub kamieni szlifierskich i dokładność obróbki poniżej 0,01 mm dla 100 mm dyskwalifikuje szlifierkę jako narzędziową. Ze względu na różnorodność obrabianych materiałów szlifierka musi mieć prosty system wymiany tarcz szlifierskich i płynną, opartą na falowniku, bezstopniową regulację obrotów wrzeciona. Pozwala to na uzyskanie tak zwanego w żargonie szlifierzy „ładnego szlifu”, co oznacza, ni mniej, ni więcej, tylko uzyskiwanie co najmniej VIII klasy (N6 wg ISO – przyp. autora) szlifowanej powierzchni. Właściwie nie istnieje górna granica parametrów szlifierek, co chwilę dowiadujemy się o nowym osiągnięciu. Nie dziwią już dokładności w zakresie 0,001 mm na 100 mm i X klasa (N4) powierzchni. Osobną kwestią są maszyny o funkcji f rezarki, czyli tak zwane frezarkoszlifierki. Mówimy tu o maszynach niezmiernie przydatnych w narzędziowniach, jednak wiemy, że wiele narzędziowni nie posiada tych maszyn i mimo to doskonale radzi sobie na rynku. Na podstawie mojej praktyki stwierdzam, że maszyny te, choć doskonale uzupełniają park maszynowy i są używane do specyficznych zadań, mogą być zastępowane przez inne technologie. Zalety tych maszyn są jednocześnie ich przekleństwem. Wysoka precyzja maszyn wymusiła ich specyficzną konstrukcję. Aby osiągnąć sztywność konstrukcji i precyzję, układ napędu wrzeciona wraz ze sterowaniem nie mógł być ciężki i duży (przypominam, że jest on analogiczny jak dla typowych frezarek). Dlatego moce silników napędzających wrzeciono są małe; wielkość i średnice tarcz szlifierskich również. Wydłuża to zdecydowanie czas obróbki i ogranicza jej zakres. Maszyny te zwyciężają w kategorii uniwersalności zastosowań, są też z reguły bardzo precyzyjne i zaawansowane technicznie, choć drogie i kosztowne w eksploatacji. Szlifierki wieloosiowe są zagadnieniem ważnym, a nawet coraz ważniejszym. Istnieją na rynku od wielu lat, ale w ostatnim czasie zarysował się ich genialny wręcz rozwój. Coraz tańsze układy sterowania pozwalają na obniżenie ich ceny. Uniwersalność zastosowań tego typu szlifierek jest ogromna; niejednokrotnie barierą pozostaje wyłącznie nasza wyobraźnia (czasami trzeba tylko opracować rodzaj mocowania i związany z tym sposób obróbki). Rzadko napotyka się ograniczenia dla zastosowania tego typu szlifierek. Rynek maszyn wieloosiowych stale się rozwija, narzędziownie coraz częściej dostrzegają ich uniwersalność i coraz większą dokładność. Już w latach 80. ub. w. sprowadzano do Polski maszyny tego typu, w tym na przykład szlifierki słynnej firmy Walter – wówczas dokładności obróbki osiągane przez te maszyny wynosiły najwyżej ±0,01 mm. Na specjalne zamówienie wykonano jeden egzemplarz maszyny, która osiągała dokładność obróbki ±0,002 mm. Na tym przykładzie obserwujemy wzrost wymagań, jakie postawiono już wówczas szlifierkom. Niestety maszyna ta bardzo łatwo traciła swoje parametry, była trudna w obsłudze i niezmiernie powolna. Choć dokonano znacznego postępu w układach sterowania, to nadal maszyny wieloosiowe jako bardziej skomplikowane obarczone są wadami wymienionymi powyżej. Na razie nie wspominam ani słowem o maszynach CNC i czas to wyjaśnić: właściwie wszystkie maszyny dostępne obecnie to maszyny CNC. Są jednak specyficzne, superprecyzyjne obróbki szlifierskie, które można wykonać tylko za pomocą maszyn sterowanych manualnie. Generalnie jednak maszyny CNC poprawiają jakość produkcji narzędziowej.  MATERIAŁY
Należy uzmysłowić sobie, że to zagadnienie
wyraźnie dzieli się na trzy działy:
– materiały ścierne,
– technologie obróbki ściernej różnych gatunków materiałów,
– chłodziwa i ciecze izolujące (pod określeniem „ciecze izolujące” rozumiem takie ciecze, które izolują materiał ściernicy od szlifu materiału obrabianego; nie można użyć określenia „ciecze smarne”, jak dla obróbki, np. frezarskiej, bo nie o smarowanie w szlifowaniu nam chodzi, a wręcz przeciwnie – o jak największe tarcie).
Oprócz coraz doskonalszych ściernic ceramicznych z elektrokorundu (Al2O3) i węglika krzemu, czyli karborundu (SiC) w powszechnym użyciu są ściernice borazonowe (regularny azotek boru – CBN) i diamentowe. Zacznę od tradycyjnych ściernic zawierających elektrokorund i węglik krzemu: ich asortyment pozwala na bardzo precyzyjny dobór ściernicy do typu obrabianego materiału i jego twardości. Nie jest możliwe przedstawienie zasad wyboru ściernicy w krótkim artykule prasowym, bardzo pomocni w tym procesie są dostawcy i producenci ściernic, a ponadto istotne jest własne doświadczenie. Ściernice borazonowe i diamentowe przeznaczone są do obróbki najtwardszych materiałów i obróbki bardzo precyzyjnej. Borazon i diament (ze wskazaniem na borazon) stosujemy do obróbki stali szybkotnących, łożyskowych, narzędziowych, nierdzewnych i wysokostopowych o twardościach powyżej 550 HRc. Różnica pomiędzy borazonem i diamentem jako materiałem ściernym jest dość wyraźna. Borazon wykazuje wyższą stabilność w kontakcie z żelazem i jest bardziej odporny ze względu na niższe temperatury, jakie wytwarza podczas szlifowania, choć jest drugi pod względem twardości po diamencie. Ściernice diamentowe i borazonowe występują w rozmaitych rozmiarach i typach. Charakterystyka ściernicy pozwala na jej dobór w zakresie wielkości ziarna i koncentracji ziaren. Zależności kształtują się następująco: większe ziarno pozwala na większą szybkość obróbki, ale daje niższą klasę powierzchni i dokładność. Ważniejsza jest koncentracja ziaren: wyższa daje większą zdolność skrawania, podnosi żywotność ściernicy, podnosi dokładność obróbki. Niestety daje też wzrost temperatury, która zmienia strukturę materiału obrabianego. Istotne dla ściernicy jest również jej spoiwo, które wpływa głównie na temperatury obróbki i stabilność ściernicy. Przy doborze ściernic należy pamiętać o tym, że występują one w wersjach do pracy na mokro i sucho (z chłodziwem i bez). Technologie obróbki ściernej poszczególnych typów materiałów nie są w zasadzie tajemnicą: materiały najtwardsze obrabiane są za pomocą najtwardszych materiałów ściernych, dobór dokonywany jest właściwie doświadczalnie, w zależności od wymaganej dokładności i jakości powierzchni (częściowo omówiono to zagadnienie wcześniej). Chłodziwa używane w narzędziowniach ze względu na różnorodność obrabianych materiałów muszą być maksymalnie uniwersalne. Doboru ich najlepiej dokonać przy fachowej pomocy dystrybutora lub producenta. Pozostaje wówczas wybór pomiędzy używaniem chłodziwa lub jego nieużywaniem. Każdorazowa wymiana chłodziwa ze względu na uciążliwość operacji nie jest możliwa w warunkach narzędziowni. Ciecze separacyjne mają za zadanie poprawiać jakość szlifu, głównie poprzez zapobieganie osadzaniu się szlifu na ściernicy. Używa się różnych cieczy, np. olej rzepakowy poprawia jakość szlifu na aluminium, zapobiegając osadzaniu się miękkiego aluminium na ściernicach. Informacja o cieczach z reguły wypływa (jak to ciecz) z doświadczenia i praktyki. Tak w zarysie wygląda zespół problemów związanych ze szlifowaniem w naszej narzędziowej codzienności. Jak zawsze, wybór jest kompromisem pomiędzy tym, co nakłada na nas potrzeba, a możliwościami wykonawczymi, jakimi dysponujemy. Elementem towarzyszącym procesom szlifowania jest pomiar kontrolny. Jeżeli chcemy nakładać na szlifierki wymóg dokładności, nieodzowna jest stosowna technika pomiarowa. To jednak wydaje się odrębnym zagadnieniem na inny artykuł. Jarosław Chmielewski * Autor jest współwłaścicielem
Narzędziowni Łucznik Sp. z o.o.
w Radomiu. Oczekuje na uwagi
Czytelników:
tel./fax 048 362 38 22, e-mail: metalowe@wp.pl
Artykuł pochodzi z dwumiesięcznika STAL Metale & Nowe Technologie www.stal.elamed.pl |
Ciekawe artykuły
|
