Kastomizacja narzędzi do procesów obróbki skrawaniem. Dostosuj narzędzie do własnych potrzeb

Wszyscy znamy ideę, zgodnie z którą należy „wyróżniać się z tłumu”. Ale duże zróżnicowanie wyrobów stanowi szczególne wyzwanie dla producentów, zmuszanych przez niepewność przyszłości do odkrywania nowych rynków, co oznacza konieczność wytwarzania nieznanych wcześniej przedmiotów z najtrudniejszych do obróbki wiórowej materiałów.

James Thorpe, globalny menedżer produktu w firmie Sandvik Coromant wyjaśnia dlaczego kastomizowane narzędzia to właściwe rozwiązanie.

Kastomizacja – proces konstruowania, opracowania technologii produkcji i wykonanie na podstawie niepowtarzalnego zapotrzebowania od klienta – wiąże się ze szczególnymi wyzwaniami dla producentów. W produkcji wielkoseryjnej celem zakładu obróbki skrawaniem jest wytwarzanie tysięcy, a nawet milionów produktów przy niskim koszcie jednostkowym przedmiotu. Praktyki stosowane do projektowania i produkcji umożliwiają firmom dostarczanie klientom towarów w przystępnej cenie przy niewielkiej marży jednostkowej, znacznie zwielokrotnionej dzięki rozmiarowi partii produkcyjnej.

Jednak zupełnie inaczej wygląda to w przypadku niepowtarzalnych przedmiotów produkowanych na zamówienie („built-to-order” – BTO) lub produkcji małoseryjnej. Pracownik działu produkcji musi dostosować parametry skrawania i dobór narzędzi tak, by gwarantowały jakość i produktywność, a jednocześnie zapewniały spełnienie wspomnianych warunków cenowych. Wdrożenie tych parametrów powinno nastąpić szybko, a wytwarzany przedmiot może reprezentować typ produktu, z którym osoba ta nie miała wcześniej do czynienia. Ponadto proces może wiązać się z obróbką trudno skrawalnych materiałów, takich jak stale hartowane, stale niestopowe lub superstopy żaroodporne (HRSA).

Jest to wystarczające wyzwanie dla zakładów obróbki skrawaniem przyzwyczajonych do codziennego wytwarzania różnorodnych kastomizowanych produktów z różnych trudno skrawalnych materiałów. Nadszedł jednak czas, by także inni producenci dołączyli do nich. Ponieważ nie sposób przewidzieć wpływu trwającej pandemii COVID-19 na branżę, zwłaszcza w zakresie podaży i popytu, producentów zachęca się do poszukiwania nowych źródeł przychodów, baz dostawców i produktów.

Według niedawnego raportu Make UK, osiągnięcie przez brytyjskich producentów poziomu sprzed pandemii potrwa do 2022 roku, a potencjalny koszt jedynie w tym roku wyniesie 35,7 miliardów funtów wartości dodanej brutto. W raporcie przyjrzano się także krajom, w których branża produkcyjna ma najdłuższą tradycję, w tym USA i Niemcom. Z raportu Make UK także płynie wniosek, że producenci muszą dywersyfikować swoją bazę klientów, aby osiągnąć wzrost, utrzymać popyt i nie uzależniać się od konkretnego rynku lub klienta.

Dlatego zakłady, które wcześniej specjalizowały się w określonym segmencie produkcji, przestawiają swoje tokarki i frezarki na obróbkę większej liczby wytrzymałych i wymagających materiałów konstrukcyjnych, ograniczając do minimum wymiany narzędzi między partiami produkcyjnymi. Oznacza to pojawienie się nowych przedmiotów, geometrii i specyfikacji narzędzi. Pracownicy działu produkcji natomiast potrzebują móc dokonać szybkiej adaptacji do nowych rozwiązań i zaktualizować systemy sterowania produkcją.

Jest też prawdopodobne, że narzędzia ze standardowej oferty katalogowej nie zawsze będą posiadać właściwości umożliwiające osiągnięcie najlepszych wyników. W miejsce narzędzi dostępnych z półki magazynowej u dostawcy producenci powinni rozważyć kastomizowane narzędzia, dzięki którym podtrzymają jakość produktu – ale jak dokonać tego w sposób szybki i rentowny?

Dlaczego warto dostosowywać do własnych potrzeb?
Najpierw należy zorientować się, jakie są możliwości dostosowania właściwości wiertła oraz jak duże ma to znaczenie. Geometria rowka wiórowego, rdzeń wiertła, ukształtowanie krawędzi skrawających i powierzchni przyłożenia są nieodłącznie związane z efektami końcowymi, takimi jak jakość otworu, produktywność i zużycie narzędzia. Wpływają też bezpośrednio na czynniki robocze, takie jak poziom oporów skrawania i moment obrotowy, które mogą działać na narzędzie.

Konstrukcja wiertła decyduje o wszystkim. Jest to szczególnie widoczne w zoptymalizowanym asortymencie monolitycznych wierteł węglikowych o udoskonalonej konstrukcji, z zaawansowanym układem geometrycznym wierzchołka wiertła i ukształtowania rowków wiórowych, umocnieniem rdzenia i zastosowaniem faz na narożach. Podwójna łysinka zwiększa stabilność podczas zagłębiania w materiał. Krawędzie skrawające poddano specjalnym zabiegom obróbki wykończeniowej w celu usunięcia mikrouszkodzeń.

Dobrym przykładem jest wiertło CoroDrill® 860 o geometrii – GM. Cieszy się ono szczególną popularnością wśród producentów z branży maszynowej i produkcji mieszanej, gdyż jest przeznaczone do wszystkich zastosowań, w których kluczową rolę odgrywają produktywność i jakość otworu. Wiertło CD860-GM jest także używane w przemyśle lotniczym, branży wydobycia ropy naftowej i gazu, energetyce jądrowej i branży energii odnawialnej.

➡ Jak zoptymalizowana konstrukcja sprawdziła się także w przemyśle motoryzacyjnym przy wierceniu otworów w blokach silnika, obudowach, pierścieniach i kolektorach?

Koreański producent z branży motoryzacyjnej użył wiertła CoroDrill 860-GM do wiercenia otworów przelotowych w łącznikach przekładni samochodowych. Wiertło z oferty konkurencji starczało na wyprodukowanie 200 przedmiotów, czyli w sumie 1 600 otworów, przy prędkości skrawania Vc=80 m/min (tj. 3102 obr./min) i prędkości posuwu Vf=381 mm/min. Natomiast wiertło CoroDrill 860-GM umożliwia wyprodukowanie aż 2 300 przedmiotów (18 400 otworów) z prędkością skrawania Vc=100 m/min (tj. 3878 obr./min) i prędkością posuwu Vf=814 mm/min.

W efekcie odnotowano znaczne zwiększenie okresu trwałości narzędzia o 1150%, co podkreśla znaczenie połączenia konstrukcji wiertła i parametrów skrawania w sposób gwarantujący optymalną wydajność.

Fot. Sandvik Coromant

Sięgnąć po więcej
Co jednak należy zrobić, jeśli zakład obróbki skrawaniem oczekuje od narzędzia czegoś więcej niż jest możliwe do osiągnięcia przy korzystaniu z produktów ze standardowej oferty katalogowej? Większość operatorów zna przypadki, w których krótsze wiertło lub odmienna średnica dałyby w efekcie lepsze rezultaty.

Wówczas w grę wchodzi dostosowanie cech narzędzia, która dzięki nowoczesnym rozwiązaniom technicznym może polegać na modyfikacji parametrów narzędzi katalogowych lub skonstruowaniu zupełnie nowego narzędzia. W tym przypadku określenie „nowoczesne rozwiązania techniczne” odnieść można do oferty Tailor Made – aplikacji internetowej, która umożliwia tworzenie skrojonych na miarę narzędzi zgodnych z wymogami produkcji konkretnego przedmiotu.

W skrócie: użytkownicy mogą się logować i wprowadzać do oprogramowania swoje własne wartości parametrów narzędzia, mogące polegać na modyfikacji cech istniejącego wiertła – np. CoroDrill 860-GM. Załóżmy, że producent potrzebuje wiertła o średnicy 18 mm, długości użytkowej 36 mm i z chwytem Weldon. Wszystkie te parametry można zmodyfikować, dzięki czemu użytkownik zyskuje swobodę określania cech narzędzia odpowiednio do wymogów swojej produkcji. Oprogramowanie może także proponować zalecane wartości parametrów, np. długość wiertła.

Tailor Made to przykład odpowiedzi na rosnące zainteresowanie inżynierów i kierowników zakładów rozwiązaniami samoobsługowymi online, obliczonego na rzeczywiste korzyści. Narzędzia skonstruowane z udziałem ich użytkownika są szczególnie przydatne przy obróbce przedmiotów z wieloma otworami i licznymi zastosowaniami, np. bloków silników samochodowych.

Rozwiązanie to przynosi także korzyści czasowe, gdyż użytkownik końcowy nie musi czekać na wycenę. Faktycznie system jest dostępny przez 24 godziny na dobę; jest to przykład przenoszenia komunikacji między producentami i dostawcami do Internetu. Jak wykazały badania Sana, obecnie 19% producentów nabywa nie mniej niż 90% środków produkcji poprzez sklepy internetowe.

W tym przypadku zaletą jest szybsza realizacja zakupów. Jest to szczególnie przydatne, jeśli producenci muszą szybko dostosowywać się do nowych zamówień na przedmioty BTO lub produkcję jednostkową, bez marnowania czasu lub uszczerbku dla jakości.

Wystarczy kliknięcie
Jednak najważniejsze zalety dostosowanej konstrukcji narzędzi dotyczą przebiegu procesu obróbki i jej wyników.

Przykładem jest producent, który próbował osiągnąć wzrost produktywności jednej ze swoich linii produkcyjnych. Klient używał dwóch narzędzi do wytworzenia przedmiotu, a konkretnie otworu i pogłębienia stożkowego pod śruby z drobnozwojnym gwintem M10. Produkowane przedmioty miały 45 otworów, a w niektórych przypadkach nawet 90 otworów.

Standardowe rozwiązanie stosowane przez klienta, wiertło stopniowe łączące funkcje wiertła i nawiertaka, okazało się nieodpowiednie. Przyczyną tego była geometria przedmiotu oraz fakt, że dwa narzędzia używane wcześniej nie tworzyły odpowiednio dużego pogłębienia stożkowego.

Dlatego klient skorzystał z systemu Tailor Made, by zdalnie zaprojektować nowe narzędzie. W ciągu kilku minut oprogramowanie wygenerowało rysunek płaski w formacie DXF oraz trójwymiarowy model narzędzia, wraz z informacją o cenie i czasie realizacji. Ponadto klient przekonał się, że geometria narzędzia wymagała kilku drobnych zmian.

Zajęło to niewiele ponad chwilę, po czym projekt narzędzia został przedstawiony ponownie wraz ze zaktualizowanymi modelami i rysunkami. Kilka tygodni później gotowe rozwiązanie trafiło do klienta, a nowe narzędzie włączono do procesu technologicznego.

Klient stwierdził, że jest pod wrażeniem łatwości, z jaką stworzono nowe rozwiązanie, oraz tempa uzyskania wyników z systemu. Dodatkowo porównano czas skrawania uzyskany za pomocą narzędzia z poprzednim. Okazało się, że dzięki skorzystania z usługi online klient skrócił czas cyklu o 10%.

Co warto zauważyć te usługi zdalne obejmują grupy produktów ze wszystkich obszarów obróbki skrawaniem: toczenia, frezowania i obróbki otworów, wszystkie z możliwością dostosowania pod potrzeby użytkownika. Dla producentów płyną z tego dwojakie korzyści. Po pierwsze, mogą szybko dostosować się do wymogów produkcji – niekiedy nieznanych – prototypów lub wyrobów produkowanych na zamówienie. Po drugie, może pomóc producentom w zarządzaniu praktycznymi aspektami dywersyfikacji, takimi jak obróbka każdego dnia innych trudno skrawalnych materiałów lub wymiany danych na obrabiarkach CNC.