Znanstveniki v inštitutu za natančno obdelavo z odrezovanjem KSF v nemškem Tuttlingenu razvijajo nove postopke za visoko-ponovljivo žično elektro erozijsko rezanje mikroprofilov na brusnih kolutih in čepih. Nove postopke že uporabljajo podjetja v orodjarstvu in industriji.

Razvoj procesov brušenja je bil vse od l. 1997 glavno področje delovanja znanstvenikov v Inštitutu za natančno obdelavo z odrezovanjem KSF v Tuttlingenu. Vodja inštituta prof. dr. Bahmana Azarhoushanga je bil na to mesto imenovan l. 2013, v tem letu so potem tudi razširili področja raziskav pri postopkih odrezovanja. Od tedaj se je v inštitutu z različnimi nalogami na področju struženja, rezkanja, vrtanja in elektro erozije ukvarjalo že 14 znanstvenih sodelavcev (med njimi 8 doktorantov) in 150 študentov. Težišče raziskovalnih aktivnosti še danes ostaja na procesih brušenja. Delovanje centra podpirata tudi delovni skupini, ki ju sestavlja 35 podjetij, predvsem proizvajalci in uporabniki brusilnih strojev in orodja. Znanstveniki v Tuttlingenu tudi prek meja regije uspešno ohranjajo vodilno vlogo pri raziskavah obdelovalnih procesov v okviru specifičnih programskih usmeritev.

Kot pojasnjuje vodja Azarhoushang, gre predvsem za visokozmogljive obdelovalne procese, mikroobdelavo in nekonvencionalne izdelovalne procese. Slednji vključujejo struženje s podporo laserja in vibracij, mikrorezkanje in mikrobrušenje. Študenti in doktoranti razvijajo in uvajajo inovativne in aplikativno usmerjene izdelovalne procese, rezultat tega pa je med drugim tudi približno 25 diplomskih in magistrskih nalog. Za praktično preverjanje teoretičnih napovedi jim je na voljo delavnica, bogato opremljena s stroji za struženje, rezkanje, brušenje in elektroerozijo. Zadnji dve leti je med njimi tudi stroj za žično elektroerozijsko obdelavo Mitsubishi Electric.

Povpraševanje po ostrih in mikroprofiliranih brusnih kolutih

V Tuttlingenu na željo avtomobilske industrije, orodjarjev in proizvajalcev medicinske opreme razvijajo posebne procese za profiliranje in poravnavanje brusnih kolutov. Konkretno gre za ustvarjanje natančnih, kompleksnih in težavnih geometrij brusnih kolutov. Azarhoushang pojasni, da do danes pri brusnih kolutih z vezivom iz kovine ali posebnih umetnih smol niso bile izvedljive konkavne mikrogeometrije.

Pri tem namreč odpovejo vsi znani procesi poravnavanja in profiliranja z diamantnimi in okroglimi poravnali iz SiC ali korunda. Med poravnavanjem se bodisi razmaže vezivo brusnega orodja (diamantnih brusnih kolutov) bodisi iz veziva trga posamezna abrazivna zrna. Rezultat je gladka površina, ki pa nima točno opredeljene geometrije. Izdelava profilnih geometrij v dimenzijah, ki so manjše od velikosti zrn, zato po običajnih postopkih ni izvedljiva znotraj zahtevane točnosti kontur. Z običajnimi postopki tudi ni mogoče ponastaviti veziva pri brusnih orodjih iz trdih materialov, kot sta diamant in visokotrdno vezani CBN, kar pa je nujno za večkratno ostrenje brusnih kolutov in tako optimalno odstranjevanje materiala s površine brušenih izdelkov.

Žična elektroerozija za rezanje definiranih geometrij

Že prvi poskusi pred nekaj leti so dokazali, da je žična elektroerozija primerna za rezanje izjemno trdih brusnih kolutov. Azarhoushang poroča: »V našem kompetenčnem centru smo izbrali ta pristop, ki ga sedaj tudi uspešno uporabljamo. Mikroprofiliranje visoko trdnih brusnih kolutov prinaša gospodarske koristi industriji v naši regiji.«

Center je investiral v stroj za natančno žično elektroerozijsko obdelavo MP2400 Connect  Mitsubishi Electric. Za tega proizvajalca so se po besedah vodje odločili zaradi dobre opremljenosti stroja, predvsem pa zaradi vgrajenega generatorja V350, ki predstavlja srce stroja za žično elektroerozijo in je še posebej primeren za obdelavo brusnih kolutov iz diamanta in CBN. Navdušilo jih je tudi strokovno svetovanje in podporne storitve: »Dobili smo vtis, da podjetje Mitsubishi Electric zanimajo inovacije in v prihodnost usmerjene aplikacije njihove tehnologije žične elektroerozijske obdelave.« Azarhoushang in sodelavci so stroj MP2400 Connect izbrali zaradi velikega delovnega prostora, ki je idealen za obdelavo velikih brusnih kolutov. Stroj za žično elektroerozijo ima tudi generator za fino obdelavo in rotacijsko os. Znanstveniki lahko tako izdelujejo brusne kolute in čepe z zelo kompleksnimi profili.

Stroj obratuje že pet mesecev. Brusne kolute vpenjajo z orodnimi držali HSK, začetne vrednosti parametrov za žično elektroerozijsko obdelavo pa predlaga asistenčni sistem, ki je vgrajen v krmilju. Tako je občutno poenostavljeno programiranje in posluževanje, posebej za študente in doktorante, ki le redko upravljajo s stroji. Enako velja za krmilni sistem z velikim zaslonom na dotik, ki se upravlja z aplikacijo, podobno kot pri pametnih telefonih.

Zanesljivo profiliranje visoko trdnih brusnih kolutov

Razvojno-raziskovalni projekti v Tuttlingenu so že razkrili različne parametre za poravnavanje profila in mikroprofila izjemno trdih brusnih kolutov. Azarhoushang poroča: »Žica pri elektroerozijski obdelavi natančno odreže profil. Z brusnega koluta odstranjuje samo vezivo in abrazivna zrna zunaj želenega profila, medtem ko so preostala abrazivna zrna na površini koluta razkrita in popolnoma ostra. Tudi drobni profili so tako izdelani s ponovljivo natančnostjo, obenem pa ostanejo ostri. Brusni kolut ima visoko stopnjo odvzema materiala, predvsem pa je zagotovljena visoka ponovljivost, kar predstavlja veliko korist za proizvodna podjetja. Brusni kolut, ki je poravnan na tak način, omogoča izdelavo geometrij, ki so bile prej nedosegljive. Profiliranje in poravnavanje z žično elektroerozijo tako odpirata povsem nove priložnosti za uporabo v proizvodnji.«

Zanesljiv proces mikroprofiliranja

Žična elektroerozija je odvisno od premera rezalne žice lahko primerna tudi za zanesljivo izdelavo zahtevnih profilov, kot so profili zob višine le nekaj desetink milimetra in s praktično poljubno obliko bočnega profila. Inovativni proces poravnavanja z žično elektroerozijo tako predstavlja pomembno prednost za proizvodna podjetja. Za tehnologijo se že zanimajo različni industrijski uporabniki iz orodjarske industrije, industrije medicinske opreme in mikroelektronike. Mnogi parametri in medsebojne odvisnosti med vezivi, abrazivnimi materiali (velikost, koncentracija in vrsta zrn) in parametri so že danes zelo dobro usklajeni, optimalne parametre za posebna nova veziva in trde materiale pa bo treba še raziskati. S stroji za žično elektroerozijsko obdelavo Mitsubishi Electric v Tuttlingenu je ta naloga opravljena hitro, enostavno in predvsem zanesljivo. Optimalne parametre je mogoče preprosto shraniti v podatkovno zbirko v CNC-krmilju.

Računanje parametrov in simulacija procesov

Znanstveniki v Tuttlingenu razvijajo in dopolnjujejo tudi programsko opremo za CAD/CAM, s katero bo programiranje in simuliranje elektroerozijskega rezanja profiliranih brusnih kolutov z žico postalo še bolj preprosto kot kadarkoli prej. »Na osnovi dovolj velike baze podatkov bo v prihodnje mogoče vnaprej določiti natančne strategije, opremo in procesne parametre za zahtevano natančnost in kakovost površin. Možna bo tudi simulacija obdelovalnega procesa za preprečevanje trkov in vnaprejšnje odkrivanje neizvedljivih profilnih geometrij,« se Azarhoushang veseli prihodnosti. Stroji za žično elektroerozijo Mitsubishi Electric v inštitutu v Tuttlingenu pomembno pripomorejo k temu, da se bodo lahko proizvodna podjetja v prihodnosti usposobila za bistveno produktivnejšo izdelavo vse širšega spektra izdelkov z natančno profiliranimi, trdnimi in izjemno trdimi brusnimi koluti.

Kompetence na področju strojne obdelave

Inštitut za obdelavo z odrezovanjem (KSF) spada pod visokošolsko organizacijo Furtwangen University (HFU), ta pa izhaja iz visoke strokovne šole v Furtwangnu (danes University for applied sciences). Znanstveniki in študentje v kompetenčnem centru delujejo v okviru treh programov: tehnologija brušenja in precizna obdelava, tehnologije obdelave z odrezavanjem ter laserska tehnologija in elektroerozijska obdelava. Aplikativno usmerjena organizacija, ki sprejema tudi naročila proizvajalcev strojev in orodij ter njihovih uporabnikov, raziskuje obdelavo težko obdelovalnih materialov ter inovativne nekonvencionalne izdelovalne postopke, npr. hibridne obdelave in dodajalne izdelovalne tehnologije. Pri tem se med drugim osredotoča na mikrostrukture in visoko produktivne postopke, kot je visokozmogljivo in visoko hitrostno odrezovanje. Strokovnjaki razvijajo procese, orodja in rešitve za nadzor procesov, organizirajo pa tudi konference in delavnice, kjer razvite tehnologije takoj posredujejo proizvajalcem strojev, orodij in merilne opreme ter uporabnikom. Strankam je na voljo tudi individualno svetovanje na področju raziskav in načrtovanja uvajanja inovativnih izdelovalnih postopkov.

Vir: Mitsubishi Electric EDM, Profile 02/19