Popolnoma avtomatizirana obdelava trdih materialov z odrezovanjem z visokimi hitrostmi

Avtomatizacija v izdelavi kalupov: proizvajalec rezkalnih strojev kot razvojni partner

Čeprav kompleksna orodja za brizgalno vlivanje pogosto predstavljajo posamezni kosi, sistematična standardizacija postopkov in avtomatizacija korakov obdelave skupaj z uporabo ustreznih strojev omogoča doseganje koristi tako pri kakovosti kot pri stroških. Vendar pa ustrezne rešitve pogosto zahtevajo individualne prilagoditve strojne in programske opreme. Zato se uporabnikom priporoča, da pri izbiri dobavitelja upoštevajo njegovo prilagodljivost in učinkovitost pri razvijanju potrebnih prilagoditev.

„Hella je vodilni svetovni proizvajalec avtomobilske svetlobne tehnologije, pa tudi elektronike vozil“, pojasnjuje Karl-Heinz Uhle, vodja proizvodnje pri Hella Werkzeug Technologiezentrum GmbH (Tehnološki center za orodja družbe Hella) v Lippstadtu. Takšni sodobni sistemi razsvetljave za avtomobilsko industrijo so izdelani iz plastike s postopkom brizganja, za katerega so potrebna številna in občasno zelo velika orodja. Plastični sestavni deli takšnih sistemov LED-osvetljave morajo biti izdelani z največjo natančnostjo, da proizvedeno svetilo ustreza zahtevam tako stranke kot zakonodajalca. Merila kakovosti vključujejo na primer homogeno porazdelitev svetlobe in opredeljene meje med svetlobo in temo, tudi na razdaljah, večjih od 100 m. Zato morajo ustrezna orodja za brizganje plastike izpolnjevati stroge zahteve glede natančnosti in kakovosti površine, zlasti v povezavi z elementi za vodenje žarkov. S približno 200 zaposlenimi je Tehnološki center za orodja Hella odgovoren za oskrbo svetovnih proizvodnih obratov mednarodnih dobaviteljev avtomobilov z ustreznimi kalupi, ki tehtajo do 36 ton. Poleg proizvodnje novih kalupov je v ospredju tudi vzdrževanje kalupov znotraj skupine, kar pogosto zahteva proizvodnjo novih komponent, s katerimi zamenjajo obrabljene. Kalupi izkazujejo visoko stopnjo kompleksnosti, kot npr. sposobnost večkratnega vbrizgavanja sestavin in številne drsnike, za njihovo proizvodnjo pa je potrebnih tudi do 7000 ur.
Čeprav je družba, ki orodja izdeluje, podružnica družbe Hella, mora vzdrževati svojo ponudbo na konkurenčni ravni glede na prosti trg in na osnovi posameznih naročil. Načeloma glavni del povpraševanja prihaja od zunaj. Poleg kakovosti in rokov med pomembnejše elemente spadajo tudi stroški. Zato so v letu 2009 začeli razmišljati o tem, kako bi lahko izkoristili prednosti avtomatizacije procesa. Prva manjša celica za avtomatizirano proizvodnjo je začela obratovati že leta 2011.

„Da bi izkoristili prednosti tega koncepta na optimalen način, smo potrebovali rešitev, ki bi jo lahko prilagodili našim posebnim zahtevam z največjo možno prilagodljivostjo v celotnem načrtovanem obdobju uporabe,“ pojasnjuje Carsten Berhorst, vodja projekta za uvedbo avtomatizacije Röders v Tehnološkem centru za orodja družbe Hella. Ustrezni ukrepi načrtovanja so se začeli leta 2009 in so bili celo vključeni kot predmet različnih disertacij. Poleg učinkovitosti rezkalnega stroja v smislu dinamike in natančnosti predpogoji za projekt vključujejo tudi uporabo enotnih programskih standardov za vse procese. Pri Tehnološkem centru za orodja Hella to predstavljata Catia za projektiranje CAD in Tebis za programiranje CAM. Nadaljnji pogoj je vpenjalni sistem z ničelno točko z modularnim primežem, s pomočjo katerega se lahko z enako shemo s standardiziranimi dodatki vpne širok spekter obdelovancev od majhnih delov do kalupov, ki tehtajo pol tone. Prvotna zamisel je bila združitev dveh rezkalnih centrov različnih proizvajalcev in robota tretjega proizvajalca, da bi celici dobavljal obdelovance in orodja. Vendar pa je bila po skrbni preučitvi sprejeta odločitev, da se za glavnega izvajalca poišče enega samega partnerja. Glavni izvajalec je zato moral zagotoviti celovit nadzor nad vsemi sestavnimi deli sistema - tako strojno kot programsko. Glavni poudarek je bil, da mora celica izvajati končno obdelavo štancanih delov v kaljenem stanju, v nekaterih primerih pa tudi grobo obdelavo v "mehkem" stanju pred kaljenjem. Običajni materiali so jekla za vroče oblikovanje, kot je 1.2343, ki izkazuje vrednost trdote približno 50 HRC, ali poboljšana jekla, kot je 1.2738.

„Prva celica, ki je bila dostavljena na veliko noč leta 2015, je bila sestavljena iz dveh 5-osnih rezkalnih centrov RXU 1200 DSH, ki ju je dobavil Röders, avtomatizirana pa sta bila z robotom istega dobavitelja z neto nosilnostjo 495 kg,“ se spominja Karl-Heinz Uhle. Za takšen sistem so se odločili, ker je optimalno izpolnjeval zahteve tako glede natančnosti obdelave kot tudi glede učinkovitost pri grobem rezkanju in vrtanju. Poleg tega so ti stroji opremljeni z izredno dinamičnimi in natančnimi linearnimi pogoni ter s posebej togo z-osjo s kar štirimi vodili. S svojim delovnim prostorom 1000 x 1050 x 600 mm in nosilnostjo za rotacijsko/vrtljivo mizo 1500 kg nudijo zmožnost obdelovanja vseh ustreznih obdelovancev. Omogočajo zadostno robustnost za obdelavo velikih obdelovancev iz kaljenega orodnega jekla z rezilnimi glavami premera do 35 mm. Med postopkom v nekaterih primerih obdelajo 3 mm materiala, pri čemer debelina ostružkov doseže 0,2 mm. V iste obdelovance se izvrtajo tudi luknje premera do 12 mm in globine do 250 mm. Za to intenzivno uporabo so stroji opremljeni z zmogljivimi vreteni z vmesnikom HSK A63 in dosežejo največjo hitrost vrtenja 24.000 vrt / min. Ne glede na svojo robustnost pa so naprave tako natančne, da je z njimi mogoče izrezati najmanjše detajle, kot so polmeri 0,25 mm, z rezkalniki s premerom zgolj 0,4 mm. Zaključni postopki obdelave za visok sijaj se po potrebi izvajajo z ročnimi postopki poliranja ali v ločenih obratih. Zaradi kakovosti površine in natančnosti, ki ju lahko dosežejo, je bilo mogoče bistveno zmanjšati izdatke za te dodatne korake obdelave. Istočasno se je izboljšala tudi natančnost, saj je bilo mogoče geometrijska izkrivljanja pri poliranju zmanjšati na minimum.

„Z ukrepi usposabljanja in s pomočjo simulacijske programske opreme smo se lahko pred dobavo temeljito pripravili“, razkriva Carsten Berhorst. Posebej ugodno je bilo, da je Röders razvil ločeno krmilno enoto za svoje stroje, s čimer je omogočen zelo prilagodljiv pristop k individualnim željam strank. Pomembnost tega je mogoče ponazoriti na primeru, v katerem smo uporabljali manjša orodja iz volframovega karbida s programi NC, ki so bili prej napisani za druge stroje, ki so bili pri usmerjanju bistveno "mehkejši" in počasnejši. Novi Rödersovi sistemi nimajo le zelo togega okvirja stroja, temveč zahvaljujoč svoji kontrolni frekvenci 32-kHz tudi izjemno natančno krmilijo pot orodja in dodatno dosežejo izjemno dinamiko zaradi linearnih motorjev. Do tega lahko pride takoj po zagonu stroja. Majhna orodja s podaljšanim lokom stika z obdelovancem so se npr. lahko odlomila, ko so bila potisnjena na rob obdelovanca z bistveno višjimi silami, kot so se v praksi uporabljale prej. Po prilagoditvi teh obstoječih programov NC smo bili potem veseli dejstva, da obdelava poteka bistveno hitreje. Tesno sodelovanje s strokovnjaki za podporo pri Rödersu se je v tem pogledu izkazalo za izjemno koristno. Zahvaljujoč dobri pripravi smo izdelavo delov lahko zagnali že štiri tedne po dostavi, postopek naknadne nadgradnje pa se je prav tako nadaljeval hitro in brez težav. Zelo koristen je bil tudi Rödersov poprocesorski priročnik, ki je omogočil optimalno uglaševanje poprocesorja na zahteve Tehnološkega centra za orodja Hella. Seznanjanje z Rödersovo strojno krmilno enoto RMS6 in glavnim upravljalnikov procesov RMS je prav tako potekalo hitro in gladko, saj je proizvajalec teh dveh programskih paketov posvetil veliko pozornosti visoki operativni učinkovitosti in se prav tako osredotočil na prijaznost uporabnikom.

„Izbrana rešitev se je doslej izkazala za tako učinkovito, da smo poleti leta 2018 izvedli začetno širitev,“ poroča Karl-Heinz Uhle. V ta namen je bil robot položen na tirnico dolžine 5500 mm, celica pa razširjena z dodatkom manjšega Rödersovega sistema tipa RXP 950 DSH. Ta enota ima manjši delovni prostor 600 x 905 x 500 mm, vendar je opremljena z istim vretenom kot drugi stroji, tako da se lahko vsa rezkalna orodja v celici prosto zamenjajo. Izbran je bil enak vpenjalni sistem, kot se uporablja na drugih strojih, da se zagotovi velika stopnja usklajenosti. Upravljalnik opravil se uporablja za jasno dodelitev nalog enemu ali obema tipoma strojev in jih tako samodejno dodeli na pravi stroj. Celica ima zdaj skupno 543 (zunanjih + notranjih) položajev orodja namesto prejšnjih 198, število paletnih mest za obdelovance pa se je povečalo z 11 na 21. Trenutno so v teku razprave o dodajanju četrte Rödersove enote. Vsi obdelovanci se namestijo na prej omenjeni modularni paletni sistem z vpenjanjem z ničelno točko, opravila pa so razporejena tako, da je natovarjanje in raztovarjanje strojev mogoče kadarkoli opraviti brez osebja.