Szubmikronos pontosság a cél a huzal-szikraforgácsolásban

Előtérbe kerültek a precíz megmunkálást befolyásoló tényezők a szerszámgépgyártók versenyében

2019. január 08., kedd, 06:00

Címkék: Fanuc golyósorsó hőmérsékletkompenzáció huzalszikra-forgácsolás pontosság Robocut szikraforgácsolás szikraforgácsoló

A fémmegmunkálás minden válfajának esetében alapvető kérdés az adott technológiával és géppel elérhető pontosság és felületi érdesség. A modern huzal-szikraforgácsoló gépek szinte minden alkalmazás számára megfelelő gyártási pontosság elérését teszik lehetővé, a tényleges precizitás és felületi érdesség azonban számos tényezőtől függ.

Az első szerszám- és gépgyártásban is alkalmazható szikraforgácsoló berendezést Erosimat C néven Magyarországon fejlesztették ki, amely 1958-ban a Brüsszeli Világkiállítás Nagydíját is elnyerte. A minden techológiában úttörő szerepet elérni kívánó FANUC vezetésének a huzal-szikraforgácsolás hajnalán szemet szúrt, hogy ezt a megmunkálási metódust nem lehet más eljárásokkal helyettesíteni. A ROBOCUT huzal-szikraforgácsoló gépek sorozatgyártása 1975-ben indult el, és a japán vállalat mindeddig 31 700 huzal-szikraforgácsolót értékesített szerte a világon, amelyek döntő része a mai napig üzemel. Magyarországon ez a szám 300 körül van, ami évente 6-7 darabbal bővül.

A FANUC szikraforgácsolók új ROBOCUT α-CiB sorozatában – amihez 2016-ban csatlakozott az X 800 mm × Y 600 mm × Z 310 mm (opcióban max. 510 mm) munkatartományú és 3 000 kg tömegű munkadarabokhoz elegendő teherbírású ROBOCUT α-C800iB modell – már a gyártó által kifejlesztett legújabb technológiák állnak rendelkezésre. A gépek pozicionálási pontossága 1 µm, léptetési felbontása 0,0001 mm, a legjobb elérhető felületi érdesség Ra = 0,1 µm. A megmunkálási sebesség elérheti a 330 mm2/perc értéket SKD11 anyag és 0,3 mm-es bevonatos huzal esetében.

A pontosságot befolyásoló tényezők

Minden anyagleválasztó eljárás hőt termel, így megmunkálás közben mind a gép, mind a munkadarab hőtágulásnak van kitéve. A megfelelően kialakított hűtőrendszer elengedhetetlen, ha nem csak a selejtszámot kívánjuk növelni a gyártásban. „Két évvel ezelőtt váltak Európában a gépek alapfelszereltségévé a hőkompenzciós rendszerek – mondta el Marosán Róbert, a FANUC Hungary Kft. szerviz- és applikációs mérnöke. – A ROBOCUT α-C400iB és α-C600iB gépekbe 3+1 hőérzéklő szenzor kerül beépítésre, amik a víz, a levegő és a gépöntvény hőmérsékletét mérik két helyen, és meghatározzák, hogy az milyen pozícióváltozást eredményez az alsó és felső huzalvezetésen. Ezt a változást az U és V tengelyek kompenzálják. Ezzel a módszerrel 3-4 mikronos pontatlanságot lehet orvosolni. A gépek rendelhetők 7 szenzorral felszerelve is, ebben az esetben a gép egy szenzorfogadó elektronikát tartalmaz, ami még pontosabb hőmérséklet-kompenzálást tesz lehetővé. A továbbfejlesztett nagy merevségű gépöntvény tömegnövekedés nélkül növeli a terhelhetőséget.”

A ROBOCUT sorozat X, Y, U és V tengelyein golyósorsó, a Z tengelyen pedig trapézmenetes orsó van, aminek az a komoly előnye, hogy a pozíciót még hirtelen (például áramszünet miatti) tengelytartásvesztés esetén sem veszti el. Az enkóder még kikapcsolt állapotban is figyeli a pozícióváltozást, így bekapcsoláskor összeveti azt a memóriában tárolt adattal, és korrigálja. „A lineármotorok előnyei a tömb-szikraforgácsolás során domborodnak ki, hiszen nagy gyorsulások érhetők el általuk, leállás esetén azonban a pozíciót is elveszítheti a gép. A huzal-szikraforgácsolás során az a lényeg, hogy a pozíciót pontosan, ne pedig gyorsan kövessük le. Ehhez nem sebesség, hanem nyomaték kell. A golyósorsós megoldás pedig az áttétel miatt azonnal négyszeres nyomatékot ad a motornak” – ismertette a hajtástechnika huzal-szikraforgácsolásban játszott szerepét Marosán Róbert.

A FANUC-gépekbe beépített szenzoros huzalfeszesség-szabályozás nagymértékben csökkenti a huzal kilengéseit, amiből két fontos pozitívum következik. Egyrészt csökken a huzalszakadás valószínűsége, másrészt megszűnik a kilengésből fakadó méretbeli deformáció – nem is beszélve a sebesség növekedéséről, hiszen a kilengő huzalnak nagyobb felületen kell anyagot leválasztania, így lassul a vágás folyamata.

A huzalkopásból adódó hibák az anyagvastagság növekedésével párhuzamosan tudnak jelentőssé válni. Jó hír azonban, hogy bemért hibának számít és az U, illetve V tengelyek mozgatásával lehet úgy kompenzálni, hogy a vágott felülettel párhuzamos huzalfelület mindig függőleges legyen. Sokszor szabad szemmel is látni, hogy a merőleges vágás ellenére is mozognak az U és V tengelyek, ami pontosan a huzalkopás kompenzációja.

A megmunkálás sebességére és pontosságára alapvető befolyással van az öblítés is. Az elégtelen öblítés miatt a már leválasztott anyagrészecskék útját állják a kisülési csatornáknak, a túl magas nyomás eredménye viszont geometriai pontatlanság lehet. A Defence Technology szakfolyóiratban 2015-ben megjelent kísérleti leírás a megmunkálási paraméterek, mint például az impulzusidő, az öblítési nyomás, a szikrafeszültség és az anyagleválasztási sebesség változásának hatását vizsgálta a felületi érdességen (Ra). Összeségében arra jutottak, hogy az öblítési nyomás jelentősen befolyásolja az anyagleválasztási rátát. Nagyobb anyagleválasztás érhető el, ha a dielektrikumot kis sebességgel áramoltatjuk a szikraközben. A magasabb nyomás gátolja az ionizált csatorna létrejöttét, ami csökkenti a szikra energiáját.

A feszültség és a csúcsáram hatása

Ugyanez a kísérlet a feszültség az anyagleválasztás sebességére és a felületi érdességre gyakorolt hatását is elemezte (1. és 2. ábrák). Az anyagleválasztási ráta bizonyos szintig együtt emelkedik a feszültséggel, majd a kisülési csatorna kitágulása miatt csökkenni kezd. A 3. ábra a csúcsáram Ra-ra gyakorolt ​​hatását mutatja be. Változatlan kisülési áram esetén az impulzusidő növekedésekor a felületi érdesség is növekszik. A nagyobb áram tehát szélesebb krátereket és így durvább felületet eredményez.

1. ábra A feszültség hatása az anyagleválasztás sebességére

2. ábra A feszültség hatása a felületi érdességre

3. ábra A csúcsáram hatása a felületi érdességre

A FANUC boszorkánykonyhájában jelenleg is folynak az elérhető pontossággal kapcsolatos fejlesztések. „A pozicionálás terén megmarad a golyósorsós rendszer, de a beállítás és a kompenzáció nemcsak X és Y irányban lesz lehetséges, hanem mátrixrendszerben létrehozott kompenzációs táblákat hoznak létre, amit úgy kell elképzelni, hogy az X és Y tengely bemérését több csoportra osztják, és minden egyes csoport minden egyes irányára meghatározható egy kompenzációs érték, amivel szubmikronos pontosság garantálható a pozicionálás során” – árulta el Marosán Róbert. Egy jól beállított minőségi gép jelenleg 3-4 mikronos pontosságig tud pozicionálni a teljes mozgástartományt tekintve, ami az alkalmazások döntő többségét eleve lefedi, de a japán gyártó a pontosság terén már a jövő elvárásainak kíván megfeleleni a jelenben is.

Molnár László

Forrás: Ravindranadh Bobbili, V. Madhu, A. K. Gogia: An experimental investigation of wire electrical discharge machining of hot-pressed boron carbide, Defence Technology 2015/11. 344–349

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek