Inovativní 3D tištěný nástroj od společnosti Kennametal pro dodavatele automobilového průmyslu Voith rozvíjí inovace v oblasti obrábění kovů
Společnost Kennametal navázala na úspěch svého oceněného 3D tištěného nástroje pro obrábění otvorů statorových skříní elektromobilů a vyvinula inovativní 3D tištěný nástroj na skříně převodovky pro společnost Voith. Díky němu se hmotnost skříně snížila přibližně o 45 % a doba obrábění se zkrátila přibližně o 50 %.
Vzhledem k tomu, že dopravní komponenty jsou stále sofistikovanější a požadavky přísnější, potřebují výrobci pro jejich obrábění komplexní nástrojová řešení. To je ale opravdová výzva. Takový nástroj může být příliš těžký pro efektivní provoz na obráběcích centrech, měničích nástrojů a zásobnících nástrojů. Obsluha stroje může mít také potíže s řízením nástroje.
Nejnovější spolupráce společností Kennametal, lídra v oblasti průmyslových technologií, a Voith, předního dodavatele technologií pohonů, ukazuje, jak 3D tisk neboli aditivní výroba nabízí cestu k novým, lehčím nástrojům, které tyto výzvy překonávají a zároveň zvyšují produktivitu a efektivitu.
Výzva: Obrábění více otvorů s velkým průměrem a úzkou tolerancí na stávajících obráběcích centrech
Společnost Voith chtěla inovativní řešení pro další optimalizaci svých procesů obrábění skříní převodovek. Potřebovala vícestupňový nástroj, který by dokázal v jedné operaci obrábět více otvorů a dosáhnout tak požadovaných tolerancí. Nástroj musel mít také dvě účinné řezné hrany na hlavních průměrech, aby bylo dosaženo stanovené doby cyklu. A konečně, tento nástroj musel vážit méně než 12 kg, aby splňoval požadavky na výměnu nástroje a ohybový moment řetězu zásobníku.
„Dokončovací obrábění velké hliníkové skříně s několika otvory o průměru až 350 mm a toleranční třídou IT7 je náročná aplikace,“ řekl Werner Penkert, manažer produktového inženýrství. „Pro obrábění takto velkých otvorů s tak přísnými tolerancemi potřebujeme velmi pevné nástroje, což obvykle znamená velkou hmotnost. Při výrobě konvenčními metodami může typické obráběcí řešení pro tento typ použití vážit až 25 kg, což je příliš těžké pro stávající stroje nebo pro obsluhu pracující s nástrojem.“
Tým Voith zaujalo, jak společnost Kennametal využila 3D tisk k výrobě lehčího nástroje pro obrábění statorových otvorů pro elektromobily, a proto se obrátil na předního výrobce průmyslových technologií s žádostí o spolupráci na řešení.
„Inovativní přístup společnosti Kennametal týkající se 3D tisku nás nadchl a inspiroval k tomu, abychom se touto cestou vydali společně“, říká Friedrich Oberländer, ředitel pro výrobní technologie ve společnosti Voith.
Řešení: Odborné znalosti společnosti Kennametal v oblasti generativního designu a 3D tisku
Stejně jako v případě nástroje pro vrtání statoru využila společnost Kennametal své odborné znalosti v oblasti aditivní výroby kovů a konceptu generativního designu, aby vyhověla náročným požadavkům nástroje pro převodovky společnosti Voith.
Při konvenční subtraktivní výrobě se hmotnost snižuje odstraněním přebytečného materiálu. Díky 3D tisku však mohou výrobci začít od nuly a vkládat materiál pouze tam, kde je potřeba. Výsledkem jsou lehčí a složitější geometrie, které běžné výrobní postupy neumožňují.
Aby společnost Kennametal plně využila volnosti aditivní výroby, použila generativní design – iterativní proces, který optimalizuje design 3D tištěných dílů tak, aby splňoval soubor omezení specifických pro danou aplikaci. Výsledkem procesu generativního designu jsou často složité, organické tvary připomínající struktury, které se vyskytují v přírodě.
Pokud jde o nástroj Voith, generativní design řešil přímo obráběcí síly působící na nástroj, což společnosti Kennametal umožnilo navrhnout řešení optimalizované z hlediska stability, pevnosti, vyvážení a přívodu chladicí kapaliny – s hmotností pouhých 11,5 kg.
Společnost Kennametal při výrobě nástroje využila své odborné znalosti nejen v oblasti aditivní výroby, ale také v oblasti obrábění. Nástrojová lůžka jsou přesně opracována a navržena pro použití v kombinaci s osvědčenou technologií břitových destiček RIQ společnosti Kennametal.
„Aditivní obrábění je jedním z našich nástrojů, ale při vývoji nového řešení, které účinně řeší problémy s vyvrtáváním hlubokých otvorů ve spojení s více velkými průměry, jsme využili také naše rozsáhlé odborné znalosti v oblasti přesného obrábění," řekl Penkert.
Design 3D tištěného nástroje na skříně převodovky společnosti Kennametal napodobuje organické tvary, které se nacházejí v přírodě – zákazník, společnost Voith, tak získává nižší hmotnost a o 50 % kratší dobu obrábění. Fotografie: Kennametal
Výsledky: zkrácení doby obrábění o 50 %
Ve spolupráci se společností Voith vyrobila společnost Kennametal prototyp nástroje a vyzkoušela jej ve svém předváděcím centru v německém Fürthu. Toto centrum je součástí globální sítě zkušebních a předváděcích center, v nichž společnost spolupracuje se zákazníky na návrhu, vylepšování a ověřování obráběcích řešení.
Při tomto řešení bylo obzvláště náročné splnit požadavky na kvalitu výroby. Simulace designu, aditivní výroba a praktické testy v předváděcím centru umožnily týmu ověřit výsledky obrábění. Voith poté provedl první testy, po nichž následovaly dlouhodobé testy v sériové výrobě. Implementovali jsme další požadavky zákazníka a společně jsme nástroj zdokonalili a dokončili.
„Již při prvním použití nástroje Kennametal se dosáhlo vynikající kvality a výkonu – doba obrábění se zkrátila o 50 % a přitom byly splněny požadavky na přesnost a kvalitu povrchu. Kromě toho snížená hmotnost omezuje zatížení zásobníku, měniče nástrojů a vřetena – což účinně snižuje náklady na údržbu,“ uvedl Oberländer. „Spolupráce se společností Kennametal jasně ukazuje obrovský inovační potenciál aditivní výroby, pokud se uplatní v rámci kooperativního partnerství.“
