Zarządzanie procesem produkcyjnym, zarządzanie produkcją
Narzedziownie.pl - portal dla firm produkujących formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki i inne narzędzia

Drukuj | Prześlij link znajomemu | Wyszukaj w serwisie

Nowe możliwości dla narzędziowni- mikro formy i mikro obróbka. Zdobycie wiedzy na temat trendów rynkowych związanych z miniaturyzacją wyrobów z tworzyw sztucznych pomoże narzędziowniom zachować konkurencyjność rynkową.


Jeśli iPod miałby być wyznacznikiem trendów rynkowych stwierdzenie „im mniejsze tym lepsze” również te trendy określa. Właśnie iPody stały się najpopularniejszymi, najbardziej powszechnymi gadżetami naszych czasów... Czym jest iPod? Krótko rzecz biorąc jest to przenośny odtwarzacz muzyki cyfrowej produkowany przez firmę Apple, znaną raczej z komputerów Macintosh. iPod dał firmie Apple drugą młodość. To dzięki niemu akcje firmy notują rekordowe ceny i jest o niej głośno w mediach. Co więcej iPody nie tylko są małe, ale stają się ciągle coraz mniejsze i poręczniejsze. Już teraz iPod Mini jest zastępowany przez model Nano i jeszcze mniejszym iPodem Shuffle.


Oczywiście nie tylko iPody stają się coraz mniejsze. Tendencje do miniaturyzacji obserwujemy wszędzie: telewizory stają się coraz cieńsze, podobnie laptopy, kamery, aparaty fortograficzne, telefony komórkowe... Szybki postęp medycyny również angażuje coraz to mniejsze i coraz bardziej technicznie zaawansowane urządzenia, które są wszczepiane bądź wykorzystywane w różnorodnych zabiegach. Ostatnio stworzono miniaturową kamerę wielkości tabletki, którą diagnozowany pacjent połyka po to, by lekarz mógł obejrzeć jego przewód pokarmowy.


Urządzenia i ich elementy nie tylko robią się coraz mniejsze, ale są także bardzo bogato wyposażone w różnorodne dodatkowe funkcjonalności i komponenty, a jednocześnie coraz mniej wymagające jeśli chodzi o pobór energii. Miniaturowe części są wykorzystywane w każdej branży przemysłu i każdej dziedzinie naszego życia: przemyśle lotniczym, samochodowym, medycynie, przemyśle elektronicznym, optyce, telekomunikacji…


Taki kierunek rozwoju potrzeb rynkowych zmusza producentów do zwiększenia ilości produkowanych mikro części i mikro produktów. Aby utrzymać możliwie niski koszt ich wytworzenia zdecydowana większość mikro części zrobiona jest z różnorodnych tworzyw sztucznych. To zdecydowanie dobra wiadomość dla producentów form wtryskowych. Jednakże produkcja form wtryskowych do mikro części stawia przed narzędziowniami sporo wyzwań, począwszy od zastosowania zupełnie nowych materiałów ery kosmicznej, przez wykorzystanie specjalnych pokryć dla powierzchni formy, zastosowanie części frezujących o średnicach rzędu 0.1 mm. Produkcja mikro części wymaga również zapewnienia niespotykanego do tej pory poziomu dokładności frezowania.

Jednocześnie produkcja mikro form jest ogromną szansą dla narzędziowni zachodnich. Obecnie bowiem produkcja form wtryskowych o średnim bądź małym stopniu skomplikowania migruje do krajów o niskiej stawce wynagrodzeń za pracę. Produkcja mikro części, wymagająca drogich maszyn, dużego doświadczenia, przestrzegania rygorystycznych norm jakościowych może zadecydować o konkurencyjności rynkowej narzędziowni z krajów rozwiniętych.

Obróbka mikro części


Jednym z największych wyzwań przy produkcji mikro precyzyjnych form jest obróbka miniaturowych części. Zarówno frezowanie aktywnych obszarów formy jak i elektrodrążenie za pomocą mikro elektrod nakładają na narzędziownie ekstremalnie wysokie wymagania jakościowe.

Wyzwania związane z mikro-obróbką spowodowane są miniaturowych narzędzi o średnicach tak małych jak 100 mikronów (µm) lub nawet mniejszych, obracających się z bardzo dużą szybkością nawet do 150,000 obrotów na minutę. Powierzchnia musi być przygotowana z dokładnością do 0.2 mikronów. Dodatkowo polerowanie tak dokładnych i precyzyjnych form jest wyjątkowo kłopotliwe mikro-frezowanie powinno być postrzegane jako proces nie wymagający polerowania.

Technologia mikro frezowania


Aby osiągnąć odpowiednio wysoką jakość i dokładność, jakie są wymagane przy mikro frezowaniu i jednocześnie sprostać wymaganiom ekonomicznym, cały proces obróbki musi być zoptymalizowany i zsynchronizowany. Producenci obrabiarek CNC, narzędzi tnących, uchwytów, zacisków, sprzętu wspomagającego kontrolę jakości powinni dobrać dla narzędziowni dokładnie takie wyposażenie, które będzie najbardziej optymalne pod względem użytkowym i kosztowym.

Poniżej przedstawiamy listę rzeczy, które powinny zostać uwzględnione przy budowie środowiska dla mikro frezowania.

  • Frezy, uchwyty, osie napędowe

    Małogabarytowe frezy umożliwiają mikro frezowanie. W zależności od rozmiarów prac mogą być tak małe jak 0.1mm i prawdopodobnie w przyszłości będą jeszcze mniejsze. Dostępność i koszt frezów muszą być brane pod uwagę zanim zostanie podjęta decyzja o przystąpienia do projektu mikro frezowania.

    Przy używaniu małych frezów wysokoobrotowe osie napędowe mają priorytetowe znaczenie. Oś mogąca osiągnąć 10,000 obrotów na minutę w połączeniu z frezem o średnicy 0.1mm pozwala na obrobienie jedynie 3.3 m/min— to o wiele za wolno!

    Poziom 20,000-150,000 obrotów na minutę, kompletnie wyważona kombinacja osi napędowej i uchwytów, z zerowym odchyleniem jest konicznością, w przeciwnym wypadku straci na tym jakość powierzchni i żywotność narzędzia będzie znacznie krótsza.


  • Wyposażenie, Systemy mocowań, Proces produkcji

    W większości wypadków produkcja mikro części powinna być robiona w sposób jednorodny. Przykładowo kombinacja elektrodrążenia i frezowania bardzo prawdopodobnie zaowocuje niemożliwymi do akceptacji niedopasowaniami i skazami.


  • Maszyny i Podłoga w warsztacie

    Nie trzeba nikomu tłumaczyć, że maszyny muszą być odpowiednio ustawione, wypoziomowane i stale kontrolowane pod tym względem.

    Do mikro frezowania doskonale nadają się pięcioosiowe centra obróbcze. Możliwość odsunięcia narzędzia od materiału pozwala na używanie krótszych narzędzi. Tym nie mniej frezowanie pięcioosiowe jest mniej precyzyjne od tradycyjnego trzyosiowego należy dokładnie zapoznać się ze specyfikacją maszyny i danymi na temat jej dokładności jeszcze zanim użyjemy obrabiarkę pięcioosiową do mikro frezowania.

    Otoczenie maszyn powinno mieć możliwie stałą temperaturę i musi być wole od wibracji. Jeśli maszyny nie będą odpowiednio odizolowane nawet przejeżdżająca obok warsztatu ciężka ciężarówka może wygenerować wystarczająco dużo wibracji, by zostawić ślady na frezowanej powierzchni.


  • Technologia frezowania

    W zależności od geometrii części frezowanie może wymagać specjalnych technik , które wychodzą poza proste zmierzenie wszystkiego. W wielu przypadkach przykładowo konwencjonalne frezowanie (a nie frezowanie ręczne) będzie preferowaną strategią.


  • Wymagania dla oprogramowania CAD/CAM

    Wszyscy instynktownie czują, że obrabiarki, uchwyty, narzędzia są trudne do zeskalowania do mikroskopijnych wymiarów. Trudno jest też sprostać wymaganiom dotyczącym ekstremalnie dobrej jakości wymaganej przy mikro frezowaniu. Na pierwszy rzut oka oprogramowanie wydaje się najprostsze do dopasowania dla mikro frezowania. Przecież praca z częścią o wymiarach 0.0001 powinna być jednakowo skomplikowana jak przy częściach 1.0 lub 10.

    Niestety, nie jest to tak proste jak by się mogło wydawać. Stworzenie i modyfikowanie geometrii z odpowiednią dokładnością, gładkością i ciągłością jest tylko punktem wyjściowym dla rozwiązania CAD dla mikro części. Aby uzyskać optymalne rozwiązanie system CAD musi być odpowiednio zoptymalizowany, tak, by spełniał wymagania opisane poniźej:

    • Pozwalać na wiarygodnie i dokładnie odtworzenie modelu części. Zminimalizowanie potrzeby wielokrotnej konwersji danych jest priorytetowe przy zachowaniu dokładności szczegółowego modelu.
    • Pracować z niewielkimi tolerancjami geometrycznymi, rzędu 0.1-0.01 mikrona przy generowaniu otwieranych powierzchni lub tworzeniu geometrii dla części przesuwnych, wypychaczy… To bardzo ważne jeśli chcemy uniknąć przerw pomiędzy powierzchniami i zachować ciągłość C1 i C2.
    • Obsługiwać formy o wielu wgłębieniach i bardzo małych wymiarach, włączając w to własny katalog specjalistycznych części i złożeń.


    Systemy CAM także powinny być zoptymalizowane na potrzeby mikro drążenia. Oprogramowanie NC musi radzić sobie z bardzo małymi tolerancjami i ultra- dokładnym drążeniem. By zapobiec zniszczeniu narzędzia operator nie powinien bezpośrednio ingerować w proces frezowania. Dlatego też oprogramowanie NC musi brać pod uwagę również rozmiar i ilość wiórów produkowanych w procesie tworzenia narzędzia.

    Aby odpowiednio wspomagać proces mikro frezowania oprogramowanie CAM powinno:
    • Dokładnie wykorzystywać wielo-detalowy model matematyczny. Posiadanie zintegrowanego systemu CAD/CAM jest rozwiązaniem idealnym, ponieważ eliminuje konieczność tłumaczenia i przepisywania danych
    • Umożliwiać bardzo dokładne wymiarowanie; posiadać wbudowane funkcje CAD umożliwiające wprowadzenie dodatkowych wymiarów z dostatecznie dużą dokładnością (przykładowo: przykrycia, przedłużenie powierzchni itp.).
    • Wspomagać kalkulację ścieżki narzędzia, zachowując tolerancję do 0.1 mikrona. Jest to szczególnie ważne przy tworzeniu miniaturowych detali w częściach o dużych wymiarach.
    • Wspomagać kalkulacje poziomu mikro frezowania, uwzględniając przy tym fizyczne ograniczenia maszyny. Ścieżki narzędzia muszą być dokładnie określone, do piątego miejsca po przecinku.
    • Wspomagać strategie obróbki zoptymalizowane pod kątem mikro frezowania, czyli obróbka surowej powierzchni, obróbka powierzchni wstępnie obrobionej i obróbka wykańczająca w trakcie jednej i tej samej operacji NC.
    • Wykorzystywać wiedze na temat aktualnych zapasów, tak, by dopasować posuw do rzeczywistego obłożenia narzędzia, tak, by skrócić czas obróbki a jednocześnie uchronić delikatne narzędzia przed uszkodzeniem.

Podsumowanie



Mikro systemy, mikro formy i mikro frezowanie są nowym , ekscytującym wyzwaniem dla masowej produkcji miniaturowych, ultraprecyzyjnych części. Wymaga mikronowej tolerancji i użycia narzędzi tak małych, że nierzadko niewidocznych dla ludzkiego oka narzędzi. Stawia mnóstwo nowych wyzwań przed producentami narzędzi specjalnych i form wtryskowych. Nowe materiały, nowe narzędzia, specjalne powłoki wnętrz form, innowacyjne rozwiązania CAD/CAM wszystko to wymaga przestudiowania, poznania i wypraktykowania.

Dobra stroną jest fakt, że mikro systemy i mikro frezowanie tworzą nowe możliwości rozwoju dla narzędziowni i mogą stać się kartą przetargową w walce konkurencyjnej z krajami o niskich kosztach pracy.

Efektywny wzrost w tej kategorii wymaga kooperacji pomiedzy narzędziowniami, naukowcami i rządem. Taka współpraca ma już miejsce w Europie. Organizacja European Union’s Cooperative Research Action For Technology (CRAFT) wraz z Instytutem Technologii Produkcji Fraunhofer (IPT) i czołowymi producentami oprogramowania CAD/CAM, obrabiarek CNC, narzedzi i systemów mocowań pracują nad wynalezieniem nowych materiałów, maszyn, programów komputerowych i metod dla mikro obróbki.


Liczba wyświetleń tego artykułu: 17117

Artykuł pochodzi ze strony: www.Narzedziownie.pl
© 2005 - Galactica Sp.j.