Kennametal udoskonala innowacje w zakresie cięcia metalu opracowując drukowane w technologii 3D narzędzie dla dostawcy motoryzacyjnego Voith
Opierając się na sukcesie wielokrotnie nagradzanego, drukowanego w technologii 3D narzędzia do obróbki otworów stojana w pojazdach elektrycznych, firma Kennametal opracowała dla Voith innowacyjne, drukowane w technologii 3D narzędzie do obudów przekładni, które jest lżejsze o około 45% i skraca czas obróbki o około 50%.
W miarę jak komponenty transportowe stają się coraz bardziej wyrafinowane, a wymagania coraz bardziej rygorystyczne, producenci potrzebują złożonych rozwiązań narzędziowych do obróbki skrawaniem tych komponentów. Stanowi to jednak wyzwanie, ponieważ masa takiego oprzyrządowania może stać się zbyt duża, aby zapewnić wydajne działanie centrów obróbczych i magazynów narzędzi. Operatorzy maszyn mogą również mieć trudności z zarządzaniem takim narzędziem.
Niedawna współpraca firmy Kennametal, lidera w dziedzinie technologii przemysłowych, oraz firmy Voith, wiodącego dostawcy technologii napędowych, pokazuje, w jaki sposób druk 3D, lub produkcja przyrostowa, otwiera drogę do nowych, lżejszych rozwiązań narzędziowych, które pokonują te wyzwania, jednocześnie poprawiając produktywność i wydajność.
Wyzwanie: Obrabiać wiele otworów o dużej średnicy z minimalną tolerancją, korzystając z istniejących centrów obróbczych
Firma Voith poszukiwała innowacyjnego rozwiązania do dalszej optymalizacji procesów obróbki obudów przekładni. Firma ta potrzebowała narzędzia wielostopniowego, które umożliwiałoby obróbkę wielu otworów w jednej operacji, aby osiągnąć wymagane tolerancje. Narzędzie musiało również mieć dwie wydajne krawędzie skrawające na głównych średnicach, aby osiągnąć określony czas cyklu. Na koniec, narzędzie musiało ważyć mniej niż 12 kg, aby spełnić wymagania dotyczące wymiany narzędzi i momentu przechylenia łańcucha narzędziowego.
„Obróbka wykańczająca dużej aluminiowej obudowy z wieloma otworami do 350 mm i klasą tolerancji IT7 jest wymagającym zadaniem”, powiedział Werner Penkert, kierownik ds. inżynierii produktów. „Do obróbki tych dużych otworów z tak wąskimi tolerancjami potrzebne są bardzo sztywne narzędzia, co zazwyczaj oznacza dużą wagę. W przypadku produkcji przy użyciu konwencjonalnych metod, typowe rozwiązanie narzędziowe dla tego typu zastosowań może ważyć nawet 25 kg, więc jest zbyt ciężkie dla istniejących maszyn lub dla operatora pracującego z narzędziem”.
Zainspirowany tym, jak firma Kennametal wykorzystała druk 3D do wyprodukowania lżejszego narzędzia do obróbki otworów stojana w pojazdach elektrycznych, zespół Voith zaproponował liderowi technologii przemysłowej wspólną pracę nad rozwiązaniem.
"Innowacyjne podejście firmy Kennametal do druku 3D zainspirowało nas do wspólnego podążania tą ścieżką" – mówi Friedrich Oberländer, dyrektor ds. technologii produkcji w Voith.
Rozwiązanie: Doświadczenie firmy Kennametal w projektowaniu generacyjnym i druku 3D
Podobnie jak w przypadku narzędzia do wytaczania stojana, firma Kennametal wykorzystała swoje doświadczenie w produkcji przyrostowej z metalu, a także koncepcję projektowania generacyjnego, aby spełnić wysokie wymagania dla narzędzia do produkcji przekładni przez Voith.
W przypadku konwencjonalnej produkcji subtraktywnej, masa jest zmniejszana przez usunięcie nadmiaru materiału. Jednak dzięki drukowi 3D producenci mogą zaczynać od podstaw i umieszczać materiał tylko tam, gdzie jest potrzebny, co skutkuje lżejszymi, bardziej złożonymi geometriami, które nie są możliwe w konwencjonalnych procesach produkcyjnych.
Aby w pełni wykorzystać swobodę produkcji przyrostowej, firma Kennametal zastosowała projektowanie generacyjne, czyli proces iteracyjny, który optymalizuje projektowanie części drukowanych w technologii 3D w celu spełnienia wymagań danego specjalnego zastosowania. Proces projektowania generacyjnego często skutkuje złożonymi, organicznymi kształtami przypominającymi naturalnie uformowane struktury.
W przypadku narzędzia dla Voith, projektowanie generacyjne bezpośrednio uwzględniło siły działające na narzędzie podczas obróbki skrawaniem, umożliwiając firmie Kennametal zaprojektowanie rozwiązania zoptymalizowanego pod kątem stabilności, sztywności, równoważenia i doprowadzania chłodziwa oraz ważącego zaledwie 11,5 kg.
Podczas opracowywania narzędzia, firma Kennametal wykorzystała swoją wiedzę nie tylko w zakresie produkcji przyrostowej, ale także obróbki skrawaniem. Kieszenie narzędziowe są precyzyjnie obrabiane i przeznaczone do stosowania w połączeniu ze sprawdzoną technologią płytek RIQ firmy Kennametal.
„Produkcja przyrostowa jest tylko jednym z narzędzi w naszej skrzynce narzędziowej, ale wykorzystaliśmy również naszą głęboką wiedzę w zakresie obróbki precyzyjnej, aby opracować nowe rozwiązanie, które skutecznie radzi sobie z wyzwaniami związanymi z wytaczaniem głębokich otworów w połączeniu z wieloma dużymi średnicami” – Penkert.
Konstrukcja drukowanego w technologii 3D narzędzia Kennametal do produkcji obudów przekładni naśladuje naturalne kształty, co przełożyło się na zmniejszenie masy i skrócenie czasu obróbki o 50% dla klienta, firmy Voith. Autor zdjęcia: Kennametal
Rezultat: Skrócenie czasu obróbki o ponad 50%
Współpracując ściśle z Voith, firma Kennametal wyprodukowała prototypowe narzędzie i poddała je testom w swoim centrum demonstracyjnym w Fürth w Niemczech, będącym częścią globalnej sieci centrów testowych i demonstracyjnych, w których firma współpracuje z klientami przy projektowaniu, iteracji i walidacji rozwiązań do obróbki skrawaniem.
Szczególne wyzwanie stanowiło spełnienie zarówno wymogów produkcyjnych, jak i dotyczących jakości części. Symulacja projektu, produkcja przyrostowa i testy praktyczne w centrum demonstracyjnym pozwoliły zespołowi zweryfikować wyniki obróbki. Następnie, Firma Voith przeprowadziła pierwsze testy w zakładzie oraz długoterminowe testy w produkcji seryjnej. Ostatecznie uwzględniono dalsze wymagania klienta, a narzędzie zostało wspólnie udoskonalone i sfinalizowane.
„Narzędzie firmy Kennametal zapewniło wyjątkową jakość i wydajność już od pierwszego użycia, skracając czas obróbki o 50% przy jednoczesnym spełnieniu wymagań dotyczących dokładności i jakości powierzchni obrobionej. Dodatkowo, zmniejszona waga zmniejsza obciążenie magazynu, urządzenia do wymiany narzędzi i wrzeciona, skutecznie obniżając koszty konserwacji” – powiedział Oberländer. „Nasza współpraca z firmą Kennametal wyraźnie pokazuje ogromny potencjał innowacji w produkcji przyrostowej, jeśli odbywa się ona w ramach takiego partnerstwa”.
