MMC Magazine

Narzędzia z systemem odprowadzania wióra wprowadzono już 30 lat temu

Odprowadzanie wióra to odwieczny temat w obróbce metali. Niewłaściwe usuwanie wióra może prowadzić 
do wielu problemów, wśród których wymienić można pogorszenie jakości obrabianej powierzchni i uszkodzenia krawędzi skrawającej. Ogólnie rzecz biorąc, doskonalenie koncentrowano tradycyjnie na łamaczach wióra i chłodziwach. Jednak około 30 lat temu firma Mitsubishi Materials podeszła do rozwiązania tego problemu od całkowicie innej strony. Podczas skrawania zastosowano odsysanie wióra za pomocą odkurzacza przemysłowego. W 1986 roku pomysł ten zastosowano w systemie Qing. Ten specjalny system miał na celu zwiększenie skuteczności odprowadzania wióra podczas frezowania płaszczyzn bloków cylindrów. Wiór nie tylko może uszkodzić wewnętrzną powierzchnię bloku cylindrów, ale również musi zostać usunięty, co znacząco wpływa zarówno na jakość, jak i wydajność obróbki. Celem rozwiązania tego problemu, zaproponowano system polegający na odbiorze wióra w trakcie obróbki. Tak powstały systemy odprowadzania wióra Mitsubishi. 

Ewolucja systemu Qing

Pierwszy system Qing (typ QSV) pojawił się w roku 1986. Wiór powstający w procesie skrawania jest unoszony za pomocą płytki kierującej i zasysany do pojemnika. Chociaż ma on stabilną wydajność, wymaga on węży i pojemnika odbiorczego, co jest stosunkowo kosztowne. Dla zwiększenia wygody, na początku lat 90-tych opracowano system Qing drugiej generacji (QWA), w którym zastosowano podwójny system powietrzny. Kompresor tłoczy powietrze do obudowy, a odkurzacz przemysłowy odciąga wiór za pomocą separatora cyklonowego. Było to rozwiązanie bardzo skuteczne przy obróbce żeliw i aluminium, więc zastosowało go wielu klientów. Pod koniec lat 90-tych skonstruowano system Qing trzeciej generacji. Powrócono w nim do pierwotnej koncepcji kierowania wióra na przenośnik, zamiast zbierania go do pojemnika. Siła odśrodkowa, automatycznie kieruje wiór na przenośnik, a nie do pojemnika, przez co nie jest potrzebne sprężone powietrze. Konstrukcja taka jest jest kompatybilna z systemami automatycznej wymiany narzędzi w centrach obróbczych i ma bardzo prostą konstrukcję, co pozwala utrzymać stosunkowo niską cenę narzędzia.

Po wprowadzeniu tych nowatorskich rozwiązań, wielu innych producentów opracowało szereg rozwiązań do odbioru wióra. Kosztowny jest jednak ich serwis i konserwacja. Dodatkowo, przejście na system produkcji gniazdowej spowodował stopniowy spadek zapotrzebowania na systemy odbioru wióra. Wielu producentów zaprzestało ich produkcji, jednak w Mitsubishi Materials kontynuowano produkcję, aby zaspokoić istniejące zapotrzebowanie. 

Powstanie najbardziej zaawansowanego systemu Qing NEO

Patrząc wstecz na historię prac

Horiike: Brałem udział w konstruowaniu systemów Qing 2. i 3. generacji. Chociaż klienci pytali nas, czy system Qing może być stosowany przy obróbce form metalowych, nie dysponowaliśmy systemem CAD do projektowania 3D, a nasza technologia analizy zjawisk podczas odsysania wióra ani technologia produkcji nie była wystarczająco zaawansowana do skonstruowania takiego produktu. Jednak postęp dokonujący się w ostatnim czasie w wielu technologiach pozwolił nam zaprojektować mechanizm, który był nie do pomyślenia wcześniej. Mamy nadzieję, że nowy system Qing będzie tak popularny wśród klientów, jak jego poprzednie wersje. 

Sato: Produkcja Qing NEO zakończyła się pomyślnym rezultatem, ponieważ byliśmy w stanie wyobrazić sobie rezultat już na początkowym etapie prac. Zdobyłem wiedzę na temat systemów odprowadzania wióra i rozwiązań, w tym pojemników na wiór, węży i łożysk, które nie są związane z projektowaniem narzędzi, ale to poszerzyło moje horyzonty jako inżyniera. W przyszłości chciałbym skoncentrować się na obniżeniu kosztów i zwiększeniu asortymentu, pozwalającemu na rozszerzenie zakresu zastosowań i zwiększeniu satysfakcji klientów.

Wywiad specjalny z przedstawicielem Toyota Auto Body Co., Ltd.

Doskonała współpraca w zespole pozwoliła na opracowanie Qing NEO

Firma Toyota Auto Body Co., Ltd., wraz z którą wspólnie opracowaliśmy system Qing NEO, powstała w 1945 jako producent nadwozi ciężarówek w Grupie Toyota. Rozszerzyła ona swą działalność o pojazdy użytkowe, minivany i SUV-y. Dzięki prowadzeniu prac badawczo-rozwojowych i produkcji w Japonii, produkty firmy szybko reagują na zapotrzebowanie rynku. Ponadto, firma zaangażowała się w projektowanie i rozwój szerokiej gamy produktów. Obejmuje ona pojazdy opieki socjalnej i urządzenia do transportu osób starszych i niepełnosprawnych, jak również małe pojazdy elektryczne, które mają się stać początkiem mobilności nowej generacji. W artykule tym prosimy Mitsumasa Okudę, Akihiro Idota i Satonori Matsumoto z Toyota Auto Body, aby opowiedzieli nam historię prac nad systemem Qing NEO.

Automatyzacja procesu obróbki metalowych form prasowniczych

– Jak doszło do wspólnego opracowania systemu Qing NEO?

Okuda: Wydział form metalowych produkuje formy prasownicze do blach nadwozia, a ponieważ formy do blach na pojazdy użytkowe, minivany i SUV-y mają duże rozmiary, przy ich obróbce powstają duże ilości wiórów. Do tej pory dużo czasu poświęcaliśmy na usuwanie wióra, co wymagało wstrzymania procesu obróbki i utratę cennego czasu. Ponieważ automatyzacja obróbki jest niezbędna dla obniżki kosztów i zwiększenia wydajności, usuwanie wióra również było bardzo ważne. Wiedzieliśmy, że istnieje oprzyrządowanie do odprowadzania wióra w trakcie obróbki i pomyśleliśmy, że to może być właściwe rozwiązanie, zwiększające skuteczność automatyzacji.

– Kiedy rozpoczęliście prace nad automatyzacją produkcji form prasowniczych?

Okuda: Decyzję o zmianie podstawowej metody produkcji metalowych form prasowniczych podjęliśmy w 2012 r. Ważnym elementem, który omawialiśmy, było zmniejszenie ilości odpadów podczas poszczególnych procesów produkcyjnych. Był to moment, kiedy narodził się pomysł opracowania specjalnego oprzyrządowania do zbierania wióra.

Sato: Pierwsze spotkanie miało miejsce w czerwcu 2015 r.

Idota: Najpierw sporządziliśmy szkice ilustrujące nasz pomysł i złożyliśmy wizytę w zakładzie Mitsubishi Materials w Tsukuba. Początkowo nie mieliśmy pewności, czy Mitsubishi Materials przyjmie to skomplikowane zlecenie, jednak ich pracownicy chętnie się zaangażowali.

Okuda: Mimo, że Mitsubishi Materials wcześniej produkowało systemy Qing, nam potrzebny był system przeznaczony specjalnie do obróbki form co oznaczało, że Mitsubishi Materials musiało zacząć wszystko od początku. Jednak ich zapał do pracy wspólnie z nami nad tym projektem był widoczny od samego początku, co bardzo nas ucieszyło.

Sato: Dziękujemy bardzo za miłe słowa. Gdy usłyszałem o ich prośbie po raz pierwszy, trochę miałem obawy, czy będziemy a stanie sprostać ich potrzebom. Aby je zaspokoić, musielibyśmy jak nigdy dotąd, odstąpić od grawitacyjnej metody odbioru wióra. Moje doświadczenia w projektowaniu wierteł pomogły mi w opracowaniu nowego kształtu i gdy ta koncepcja zaczęła dojrzewać w mojej głowie poczułem, że to może się udać.

Matsumoto: Chociaż za każdym razem, gdy omawialiśmy projekt, nasze życzenia były trudne do spełnienia, oni szybko znajdowali rozwiązania spełniające nasze potrzeby. Po każdej kontroli prototyp był coraz lepszy, co dało mi poczucie pewności co do ich prac.

Idota: Zlecenie złożyliśmy w czerwcu, a do połowy września Mitsubishi Materials wykonało prototyp, złożony z korpusu i osłony, a nie jedynie projekt modelu.

Sato: Gdy przeprowadziliśmy próby wewnętrzne we wrześniu, nie stwierdziliśmy żadnych problemów podczas obróbki, takich jak np. śladów wskutek drgań samowzbudnych, a skuteczność usuwania wióra wyniosła 90%, co spełniało nasze oczekiwania. Poczuliśmy, że nam się udało. 

Partner wciąż poszukujący nowych rozwiązań

Okuda: Byłem zdumiony, obserwując testy obróbki. Wiór podczas obróbki jest zjawiskiem naturalnym, natomiast trudno wprost było uwierzyć, że jest on automatycznie usuwany.

Sato: Wszyscy byliśmy bardzo zaskoczeni widząc, że podczas obróbki nie było prawie wcale wiórów. To zmotywowało nas do zawalczenia o jeszcze większą satysfakcję klienta. Cieszyliśmy się bardzo z wrażenia, jakie wywarła na klientach skuteczność naszego systemu, przewyższająca ich oczekiwania.

Idota: Pan Sato udzielił nam wszelkiej pomocy i robił wszystko, aby spełnić nasze oczekiwania. Zawsze znajdował rozwiązania problemów, które zgłaszaliśmy na spotkaniach i uwzględniał je w kolejnym prototypie.

Sato: Każdy z nas z przyjemnością podchodził do rozwiązania napotykanych problemów. To było moje pierwsze doświadczenie jeśli chodzi o omawianie problemów i rozwiązań wspólnie z klientem. Omawialiśmy wszystkie sprawy, aż byliśmy przekonani, że znaleźliśmy najlepsze rozwiązanie. Praca z ludźmi z Toyota Auto Body byłą prawdziwą przyjemnością.

Idota: Każdego roku w listopadzie prezentujemy nowe rozwiązania techniczne, nad którymi pracowaliśmy. Jedna z moich prezentacji dotyczyła systemu Qing NEO, w której wykorzystałem prototyp, o którego szybkie przygotowanie zwróciłem się do Mitsubishi Materials. Pokazałem operację odprowadzania wiórów 
i wszyscy obecni byli pod wrażeniem jej skuteczności.

– Czy prace przebiegały sprawnie?

Idota: Czasami kształt przedmiotu obrabianego stwarzał problemy podczas obróbki, np. kolizja osłony z oprawką lub niższa skuteczność usuwania wióra. Pracowaliśmy jednak pilnie nad ustaleniem przyczyny i opracowaniem rozwiązania dla każdego napotkanego problemu. 

Sato: Podczas obróbki pod kątem 75 stopni skuteczność usuwania wióra jest wyraźnie niższa. Jest to kwestia, nad którą teraz będziemy pracować. 

Okuda: Gdy zmieniliśmy całość konstrukcji, aby wyeliminować kolizję między osłoną a oprawką, skuteczność usuwania wióra wyniosła ok. 96-97%, a 90% na pochyleniach. Te wyniki nas satysfakcjonowały, ale pan Sato chciał, aby były one jeszcze lepsze. Główny cel, czyli kompatybilność Qing NEO z systemem ATC powinien być osiągnięty, ale wciąż staramy się znaleźć sposoby redukcji kosztów. 

Idota: Relacje, jakie nawiązaliśmy podczas naszych wspólnych prac pozwoliły nam na swobodną wymianę opinii i to był główny klucz do sukcesu. Kontynuujemy naszą współpracę z nadzieją, że w kolejnych projektach dołączą do nas producenci oprzyrządowania i obrabiarek. 

– Na koniec naszej rozmowy, chciałbym zapytać na co Pana najbardziej interesuje w obróbce metali.

Sato: Na pierwszy rzut oka obróbka metali jest bardzo prosta, ale w rzeczywistości jest to bardzo skomplikowany świat. Każdy klient ma inne cele, np. odprowadzanie wióra, wydłużenie trwałości narzędzia 
i uzyskanie wysokiej gładkości powierzchni, co można osiągnąć na różne sposoby. Po osiągnięciu każdego celu czuję satysfakcję widząc, że jesteśmy bliżej ideału. 

Matsumoto:  Dla mnie z kolei wartością jest możliwość ilościowego określenia tego, co zaplanowaliśmy i zrealizowaliśmy. Dla przykładu, skrócenie czasu na usuwanie wióra z jednej godziny do jedynie kilku minut, dzięki czemu cały czas obróbki skraca się o połowę. Nasze osiągnięcia są wyraźnie widoczne i daje mi to ogromną satysfakcję, gdy usatysfakcjonowani są też pozostali zaangażowani.

Okuda: Chociaż punkt ciężkości przesuwa się z produktów na usługi, dążenie do tworzenia urządzeń umożliwiających podnoszenie jakości i obniżenie kosztów będzie kontynuowane. Jestem dumny, że obróbka form metalowych jest tym, co tworzy wartość produktu.

Idota: Wciąż wiele obszarów wymaga udoskonalenia, a jednym z nich był Qing NEO. Poza tym, ciągle opracowywane są nowe materiały, trudne do obróbki przy użyciu dotychczasowych technologii 
co oznacza, że istnieje ogromny potencjał do tworzenia innowacyjnych technologii obróbki metali. 

Okuda: W Toyota Auto Body często dokonuje się przeróbki istniejących narzędzi, ale rzadko zdarza się, abyśmy tworzyli narzędzia od samego początku i wspólnie a inną firmą. Życzyłbym sobie, aby było więcej partnerów, którzy chcą współpracować właśnie w taki sposób. Jestem przekonany, że pomimo trudności, możliwe jest skrócenie o połowę obecnego czasu obróbki. Moim pragnieniem jest znalezienie jak najlepszej metody obróbki form prasowniczych.