A következő lépés a gépkezelő nélküli gyártás felé
A szerszámkopás előrejelzése a folyamatbiztonság és a hulladék csökkentése érdekében az acélesztergálásban
A kínai Beihang Egyetem tanulmánya az International Journal of Production Research folyóiratban közvetlenül összekapcsolja a tervezett karbantartást a termékek minőségével. De hogyan kombinálhatják a gyártók ezt a kiszámíthatóságot és a kiválóságot acélesztergálási műveleteik során kevesebb dolgozóval a műhelyben vagy gépkezelő nélküli gyártásban? Itt Rolf Olofsson, a fémforgácsolási szerszámok területén globális vezető Sandvik Coromant termékmenedzsere elmagyarázza, hogy a megfelelő szerszámozás és a hibamentes folyamatok miért nélkülözhetetlenek az alkatrészek minőségéhez.
Míg a Beihang Egyetem kutatása kiemeli „a karbantartási stratégia, a gyártástervezés és a minőség szoros kapcsolatát”, a Sandvik Coromant egyre erősödő trendnek látja, hogy a szerszámgépgyártók folyamatfelügyeleti rendszereket építenek a modern CNC-gépekbe.
A Pricewaterhouse Coopers (PwC) nemrég megjelent Digital Factories 2020 jelentése azt ajánlja, hogy „A vállalatoknak okosabb döntéseket kell hozniuk a prediktív elemzés és a gépi tanulás segítségével”, míg a jelentésben megkérdezett gyártók 98%-a azt mondta, hogy várhatóan növelni tudják hatékonyságukat a tervezett karbantartás használatával. Eközben a globális gyártásfelügyeleti piac várhatóan 2018-ban 4,0 milliárd dollárról 2023-ra 6,4 milliárd dollárra nő, 9,8%-os összetett éves növekedési ráta (CAGR) mellett a Markets and Markets szerint.
Ezeknek a trendeknek megfelelően a kiszámíthatóság is egyre fontosabbá vált az acél alkatrészek modern esztergálásában. Ez egybeesik az egyre korlátozottabb emberi felügyelettel a gyárak társadalmi távolságtartásának új követelményeinek fényében. Nyilvánvaló, hogy a gépkezelő nélküli gyártás az út előre – de ez nem érhető el a szerszám kopásának észlelése és a hirtelen törések elkerülése nélkül.
Emberi beavatkozás nélkül
A gyakori lapkacserék, a gyártási leállások és az egyes alkalmazásokhoz vagy anyagokhoz megfelelő lapkák keresgélése jelentik a modern gyártás időgyilkosait.
Több tényező is megakadályozhatja az acél alkatrészek gyártóit a műszakonkénti kívánt darabszám elérésében, nem utolsósorban a szerszám kopásállósági tulajdonságai. Ez különösen érvényes az ISO P15 és P25 alkalmazási területre. Az ISO P15 és P25 utal azokra a különböző munkakörülményekre, amelyek a megmunkálási paramétereket befolyásolják. Ide tartoznak a forgácsolási adatok, a felületi minőség, a fogásmélység, a megmunkált vagy durva felületek és a folyamatos vagy megszakított forgácsolás.
Ezen az alkalmazási területen a kiváló kopásállóságú keményfém betétek létfontosságúak a gépkezelő nélküli vagy akár a felügyelet nélküli gyártás támogatásához.
De mit értünk kopásállóságon? Különböző típusok léteznek. A törésállóság például kiemelt fontosságú, csakúgy, mint a kialakuló extrém hőmérsékletek miatti képlékeny alakváltozásnak ellenálló forgácsolóél. Ezenkívül a lapkabevonatnak képesnek kell lennie a hátkopás, a kráteres kopás és az élrátétképződés megakadályozására. Különösen fontos, hogy a bevonat tapadjon a hordozóhoz. Ha bevonat nem tapad megfelelően, akkor a hordozó láthatóvá válik, és ez gyors meghibásodáshoz vezet.
Ezen kopási jelenségek elkerülése érdekében a legfontosabb a folyamatos, ellenőrizhető kopás korlátozása és a nem folytonos, ellenőrizhetetlen kopás kiküszöbölése. Ez nem könnyű, ha figyelembe vesszük a korlátozott emberi felügyelet mellett vagy anélkül végzett megmunkálás jelenlegi tendenciáját – de számos technológia előnyös lehet. A tervezett és megelőző karbantartásról gyakran beszélnek, például intelligens szoftverekkel és érzékelőkkel, amelyek a gép „virtuális szemei és fülei” lehetnek, és optimális ajánlásokkal támogathatják a szerszám romló teljesítményét.
Tehát az érzékelők révén javíthatunk a kopáson, de mit érhetünk el a jobb szerszámokkal?
A törések elkerülése
Jobb teljesítményű lapka választásakor az ideális minőség az, amely korlátozza a nem kívánt típusú kopások kialakulását – és egyes műveleteknél teljesen megakadályozza a kialakulásukat. A kiszámítható kopás különösen a gépkezelő nélküli és a felügyelet nélküli gyártásnál hasznos.
A minimális kopás elérése érdekében elengedhetetlen a megfelelő keményfém lapka kiválasztása, amely következetes és kiszámítható teljesítményt nyújt. Ezért a Sandvik Coromant bevezetett egy pár új ISO P esztergálási keményfém minőséget a kínálatában, ez a GC4415 és a GC4425, amelyeket arra terveztek, hogy jobb kopásállóságot, hőállóságot és szívósságot nyújtsanak.
Mindkét minőség ideális gyengén ötvözött és ötvözetlen acélokhoz. Nagyobb számú munkadarabot tudnak megmunkálni, és hozzájárulhatnak a hosszabb éltartamhoz a tömeg- és a sorozatgyártás esetén is.
A GC4415 és GC4425 minőségek – amelyek, ahogy a nevek is sugallják, a P15-höz és a P25-höz készültek – a második generációs Inveio® technológiát alkalmazzák. Az Inveio egyirányú kristályorientációt biztosít az alumínium-oxid bevonatrétegben, egyedülálló tulajdonságokkal, amelyek az anyag mikroszkópos szintű vizsgálatával láthatók.
Az alumínium-oxid-bevonatban minden kristály azonos irányba néz, így erős határvonalat képeznek a forgácsolási zóna felé. A kristály orientációja jelentősen javult a második generációs Inveio bevonatban. Ez a lapkának még nagyobb kopásállóságot és hosszabb éltartamot biztosít – és kiszámítható kopással támogathatja.
Összehangolt célok
A GC4415 és a GC4425 már lenyűgöző előnyöket biztosított a Sandvik Coromant ügyfelei számára. Összehasonlítva egy versenytárs lapkájával, a GC4425 270 darabos éltartamot ért el, szemben a 150 darabbal.
Egy másik összehasonlító tesztet hajtott végre egy általános gépészeti ügyfél az Egyesült Államokban, amelyben a GC4415 teljesítményét mérte egy versenytárs keményfém lapkájával szemben. Mindkét lapkát sorozatgyártási esztergáláshoz és simításhoz alkalmazták egy 330HB keménységű acél munkadarabon, és a szerszámot cserélték, ha rossz felületi minőséget eredményezett. Emulziós hűtőközeget használtak minden esetben.
A végeredmények egyértelműek voltak. A GC4415 betéttel az ügyfél képes volt majdnem megduplázni a forgácsolási adatok paramétereit. Ez magában foglalta a forgácsolási sebességet (vc): 280 m/perc (918 láb/perc) a GC4415 esetében szemben a versenytárs 200 m/perc (656 láb/perc) értékével; és az előtolást (n): ,15 mm/ford (0,006 col/ford) szemben a 0,1 mm/ford (0,004 col/ford) értékkel.
Az ügyfél jelentősen megnövelhette szerszámának éltartamát és a termelékenységet. Összességében a Sandvik Coromant Inveio technológiát alkalmazó GC4415 lapkája kétszer annyi darabot gyártott (80), mielőtt kopás jeleit mutatta volna, szemben a másik szerszám 40 darabjával. Ez egyenlő a termelékenység 100%-os növekedésével és a lapkaéltartam kétszeresével.
Digitális továbbfejlesztés
A GC4415 és GC4425 minőségű lapkákkal ellátott továbbfejlesztett szerszámok mellett a Sandvik Coromant bővítette digitalizációs kínálatát is. Ennek érdekében szakemberei szorosan együttműködtek szerszámgépgyártókkal, felhőszolgáltatókkal és hálózati vállalatokkal, hogy kifejlesszék a CoroPlus® digitális platformot a hálózatba kapcsolt szerszámokhoz és szoftverekhez.
A szoftver tükrözi, hogyan változtak az idők. Korábban a gépkezelőknek a tapasztalataikra és ösztöneikre kellett támaszkodniuk a folyamatok fejlesztéséhez és a szerszámkopás észleléséhez. Ma az érzékelőkkel felszerelt szerszámok használatával a gyártásvezetők beállíthatják, vezérelhetik és figyelemmel kísérhetik a megmunkálási teljesítményt valós időben.
A CoroPlus platform már értékesnek bizonyult az érzékelőkkel felszerelt szerszámok felügyeletében és vezérlésében. A platform segíti a folyamatok optimalizálását azáltal, hogy kiküszöböli a modern gyártás fent említett „időgyilkosait”, minimalizálja a kopott szerszámok – beleértve a keményfém esztergálási lapkákat is – cseréjéhez szükséges gyártási leállások számát, és csökkenti a hulladékot.
Ezenkívül a GC4415 és GC4425 minőségű betétekkel vagy más továbbfejlesztett Sandvik Coromant eszközökkel együtt a CoroPlus szerves része a tervezett karbantartás támogatásának. A gyártók a megfelelő szoftverrendszerek kombinációjával képesek előre jelezni a szerszám kopását és elkerülni a hirtelen töréseket.
Ez a gépkezelő nélküli gyártás előnyeit nyitja meg – fokozott folyamatbiztonság, csökkentett állásidő és védett beruházások, és olyan módon teszi mindezt, hogy a Beihang Egyetem tanulmányához hasonlóan a tervezett karbantartást közvetlenül az állandó termékminőséghez köti.