A szerszámbefogók élő kapcsot képeznek a megmunkálás termelékenységével

A szerszámbefogók nem egyformák
Egyetlen szerszámbefogó módszer sem felel meg univerzálisan minden lehetséges alkalmazáshoz. A magas fordulatszámú simító műveletekhez tervezett szerszámbefogónál jellemzően nincs meg az a merevség és szilárdság, ami például a nyers öntvény mély nagyolásához szükséges. Másrészt viszont, a durva nagyolásra való eszközben rendszerint nincs meg az a kiegyensúlyozottság, ami magas fordulatszámokon is a simításhoz szükséges egyenletes járást biztosít. A robusztus kialakítás és a nagyoló szerszámbefogó tömege emellett korlátozza a finom vagy mély alkatrészjellemzők elérhetőségét. A szívós anyagú munkadarabok szilárdabb és merevebb szerszámbefogót igényelnek. Fontos szempontok a kiválasztásnál emellett a szerszámbefogó rezgéscsillapító és hűtő-kenőanyag szállítási tulajdonságai is.

A nem megfelelő szerszámbefogó méretbeli hibákat, selejtes alkatrészeket eredményezhet, emellett jelentős kopást a szerszámgép orsóin, rövidebb szerszámélettartamot és több szerszámtörést. Nemkritikus munkáknál a kedvező árú szerszámbefogó kielégítő eredményeket adhat. Ugyanakkor, ha előírás a megismételhető pontosság – különösképpen, ha a drága munkadarab selejtezése jelentősen csökkenti az alkatrész-haszonkulcsot – az alkalmazásra fókuszált, kiváló minőségű szerszámbefogókba való beruházás olcsó biztosítékot nyújt az ilyen váratlan veszteségek ellen.

Egyes üzemvezetők szerint megfelelő költségcsökkentési stratégia a szerszámbefogók hosszú változatainak használata alkalmazások széles körében. Ugyanakkor mindig a lehető legrövidebb befogó használata esetén maximális a merevség, minimális a felületminőséget rontó vibráció és tartható fenn a kellő szerszámélettartam.

A teljes gyártási költségnek kevesebb mint két százalékát teszi ki a szerszámbefogó. Ezt a költséget megfelezve elhanyagolható a megtakarítás, míg a selejt munkadarabnak vagy a törött szerszámnak jól mérhető a pénzügyi hatása. A prémium kategóriájú szerszámok és befogók megnövelik a fémforgácsolás termelékenységét, így azonnali a megtérülésük. Különösen az olyan iparágakban, mint a repülőgépipar, az olyan alkatrészek gyártása, ahol a megmunkálási folyamat stabilitása elsődleges szempont, számos gyártó mindenek felett a legjobb szerszámok beszerzésére koncentrál, hogy elkerülhesse a hibás alkatrészek gyártását, valamint a hibaelhárítás és gyártásleállás miatt elvesztegetett időt. A repülőgépipari gyártók jellemzően több időt szánnak az új befogókoncepciók ellenőrzésére, mielőtt jóváhagynák azt a gyártáshoz.

A szerszámbefogó kiválasztását befolyásoló munkadarab-tényezők
A szerszámbefogó kiválasztását befolyásoló munkadarab-tényezők többek között a munkadarab anyagának megmunkálhatósága minden munkánál, valamint a végső alkatrész konfigurációja, amik meghatározhatják a szerszámbefogó méreteit adott kontúrok és/vagy funkciók eléréséhez. A szerszámbefogónak emellett a lehető legegyszerűbbnek és legkönnyebben használhatónak kell lennie, hogy minimális legyen a kezelői hiba kockázata.

Az alkalmazott szerszámbefogó-technológiától függetlenül a szerszámgép merevsége, orsóteljesítménye és képessége a szűk tűrések kezelésére határozza meg, hogy milyen műveletekhez használható. Például kopott gépet mikronos tűrésekhez megpróbálni alkalmazni kész időpazarlás.

A szerszámgép alapvető jellemzői kulcsszerepet játszanak – a nagy sebességű alkalmazásokhoz való szerszámbefogók előnyei lineáris vezetőutakkal rendelkező gyors géppel használhatók ki a legjobban, míg a függőleges megmunkáló központok a nehéz megmunkáláshoz biztosítanak jó alátámasztást. Egy univerzális gép teljes mértékben kihasználja azon szerszámbefogók képességeit, amelyek egyaránt alkalmasak esztergálásra és marásra/fúrásra.

A használandó megmunkálási stratégia szintén meghatározó tényező a szerszámbefogó kiválasztásában. Fontos lehet például a műhelynek a termelékenység maximalizálása olyan nagy sebességű forgácsolási (HSC) műveleteknél, ahol kisebb a fogásmélység, vagy nagy teljesítményű forgácsolásnál (HPC), ami nagy fémeltávolítással jár kellő teljesítményű, de kisebb sebességű géppel.

A kis mértékű, megismételhető ütés segíti a konstans szerszámbefogást, csökkentve így a vibrációt és megnövelve a szerszámélettartamot. A kiegyensúlyozottság rendkívül fontos, a kiváló minőségű szerszámbefogó pedig finom kiegyensúlyozottságú, G2,5–25 000 f/p minőségben (1 g.mm). A gépműhelyek végezhetnek saját kutatást, és beszállítóikkal konzultálva határozhatják meg azokat a szerszámbefogó rendszereket vagy azt a rendszert, ami költséghatékonyan illeszkedik gyártási igényeikhez.

Minden szerszámbefogó adott piaci résbe illik
Legyen bár egyszerű Weldon, patronos, hőzsugor befogó, mechanikus vagy hidraulikus, a szerszámbefogónak adott üzemi jellemzőkkel kell rendelkeznie. A Weldon-száras egyszerű ujjmaró befogók például merevek, könnyen használhatók, nagy nyomatékot visznek át és erős, biztonságos befogást adnak erőteljes kihúzódás elleni biztosítással. Jól használhatók nehéz nagyolásra, de nem elég pontos a koncentricitásuk. Általában véve kiegyensúlyozatlanok és nem alkalmazhatók hatékonyan nagy fordulatszámú műveletekhez.

A patronos befogók és cserélhető patronok a hengeres szerszámbefogási technológia leggyakoribb formái. A költséghatékony ER befogók méretek széles körében kaphatók, és kellő befogást biztosítanak megbízható könnyű marási és fúrási műveletekhez. A nagy pontosságú ER patronos befogók ütése kicsi (< 5 µm a szerszám csúcsánál), szimmetrikus kialakításuknak köszönhetően kiegyensúlyozhatók a magas fordulatszámú műveletekhez, nehéz megmunkáláshoz pedig megerősített változat is kapható. Az ER befogók támogatják a gyors szerszámcserét és a többféle átmérőt.

A hőzsugor szerszámbefogók befogási ereje jelentős, koncentricitásuk 3xD mellett 3 µm és kiváló a kiegyensúlyozottságuk. Kicsi, egyszerű orrkialakításuk jó hozzáférést biztosít a szűk alkatrészfunkciókhoz.



Shrinkfit_Holder.jpg

A megerősített változatokkal végezhető közepes–nehéz marás, de a befogási erő a szerszám szár és a szerszámbefogó ID-tűrésétől függ. A hőzsugor befogású szerszámhoz speciális hevítőegységet is vásárolni kell, a melegítési/hűtési eljárás pedig több időt igényel, mint az egyszerű patroncsere.

A mechanikus maróbefogók erős befogóerőt fejtenek ki, a több soros tűgörgős csapágyaik pedig nagy radiális merevséget biztosítanak. Ez a kialakítás támogatja a nehéz marási műveleteket és a gyors szerszámcserét, de az ütés a patronos rendszerekénél nagyobb is lehet. A mechanikus befogók általában nagyobb méretűek a többi szerszámbefogó rendszernél, ami korlátot jelenthet egyes alkatrészfunkciókhoz való hozzáférésnél.



Power Milling Chuck.jpg

A befogáshoz olajnyomást használó hidraulikus befogók kevesebb belső alkatrészt tartalmaznak, mint a mechanikus befogók, így karcsúbbak azoknál. A hidraulikus befogók ütése kicsi, hatékonyan használhatók nagy orsófordulatszámú dörzsárazáshoz, fúráshoz és könnyű maráshoz, de érzékenyek a radiális terhelésekre.

Amellett, hogy milyen biztosan tartja a befogó a forgácsoló szerszámot, ugyanolyan fontos, hogy miként rögzül a szerszámgép orsójára. Az orsó vagy a szerszámbefogó kúpos vége határozza meg a nyomatékátviteli képességet és alapozza meg a szerszám központosításának pontosságát. A hagyományos BT, DIN és CAT szerszámkúpok hatékonyak a kisebb gépek esetében, de magas fordulatszámoknál korlátaik lehetnek. Amelyek a befogó kúpjával és homlokfelületével is érintkeznek, nagyobb merevséget és pontosságot adnak, különösen nagy túlnyúlások esetén. A nagyobb nyomatékok megbízható átviteléhez nagyobb kúp szükséges. A HSK-E32 befogó például nehéz megmunkálásnál nem váltja ki a HSK-A125A típust.

A befogó kúpjának típusát gyakran regionális preferenciák határozzák meg. A HSK Németországban az 1990-es évek közepén terjedt el, amikor népszerűvé váltak az 5 tengelyes gépek. A CAT-kúpok jellemzően az Egyesült Államokban, míg Ázsiában a BT-szárak népszerűek, azok közül is inkább a kúp/homlokfelület érintkezésű változatok.

A HSK nagyon gyakori az 5 tengelyes megmunkálásnál. A PSC- (poligonos befogási rendszer: Capto) és a KM-csatlakozók főként univerzális gépeken használatosak és mára ISO-szabványok. A KM és a Capto egyaránt moduláris rendszer, mely toldatok és szűkítők segítségével különböző hosszúságú célszerszámok felépítését is lehetővé teszi. Ahogy terjednek az univerzális gépek, egyre népszerűbbé válnak az egyetlen szerelvénnyel esztergálást, marást és fúrást egyaránt lehetővé tevő szerszámbefogók.



Hydraulic Chuck.jpg

Noha vannak szabadalmaztatott, egyedi befogókat és patronokat használó szerszámbefogó rendszerek, amelyekkel innovatív módon érhetők el lenyűgöző eredmények, a műhelynek el kell döntenie, hogy megérik-e az általuk nyújtott előnyök. Ezek a rendszerek általában költségesebbek, emellett korlátozott szerszámválasztékot jelentenek egyetlen szállítótól.

Költségek és más megfontolások
Míg a hidraulikus vagy mechanikus befogó alapköltsége meghaladja a patronosét vagy a hőzsugor befogóét, olyan szempontok is megfontolandók, mint a hőzsugor befogás hevítőrendszerének ára és a szerszámcseréhez szükséges idő. Hőzsugor befogóból emellett minden szerszámátmérőhöz külön méretű kell, nem úgy, mint a patronos befogó rendszernél, ahol csak a patront kell cserélni.

A gépkezelők és a szerszám-karbantartók szintén fontos szerepet játszanak a szerszámbefogók sikeres alkalmazásában. Ahogy a szerszámgépek és más gyártóberendezések, a szerszámbefogók is megfelelő használatot és karbantartást igényelnek a maximális előnyökért és teljes potenciáljuk kihasználhatóságáért. A kezelőnek például a teljes hosszában be kell helyeznie a szárat a befogóba, mert ha nem ül fel megfelelően, a pontosságot rontó vibráció keletkezik, de még a szerszám is kirepülhet. A szerszám beszerelési utasítás betartása rendkívül fontos. A kezelő nem használhat hosszabbító szárat a befogó meghúzásához, mert azzal elcsavarná a patront és a szerszám elállítódna.

A szerszám karbantartás szintén fontos, de gyakran feledésbe merül. A kezelőnek a használata előtt mindig meg kell tisztítania a befogót és a géporsót is meg kell vizsgálnia. A befogókat tisztán és szárazon kell tárolni, kupakkal megvédve a kúpját. A hidraulikus befogók folyadéknyomását rendszeresen ellenőrizni kell.

Összegzés
A gépműhelyeknek fel kell ismerniük a szerszámbefogók fontosságát a megmunkáló rendszerben és meg kell tanulniuk, hogy a megfelelő befogó megválasztása az adott szerszámhoz, megmunkálási stratégiához és munkadarabhoz növelheti a termelékenységet és csökkentheti a költségeket. A szerszámbefogó-gyártók ugyanakkor az egyedi megmunkálási igényekhez megfelelő átfogóbb választékot biztosítanak (lásd az oldalsávot).

A jövőbeli fejlesztések túlmutatnak magán a befogón. A szoftveres szerszámkezelés és az RFID címkék már az adatalapú gyártás elemei, amely egyre terjed. A szerszámbefogási technológiában az előrelépés érzékelőkkel ellátott befogókat jelent, melyek segítségével valós időben monitorozhatók a befogóra ható erők. A gyűjtött adatok jóvoltából a folyamat közben állíthatja a megmunkálási paramétereket a kezelő, vagy automatikusan a gép vezérlőegységéhez kapcsolódó mesterséges intelligencia (AI). Mindezek más új technológiákkal együtt tovább növelik a szerszámbefogók hozzájárulását a megmunkálási műveletekhez.

(Oldalsáv)
Minden igényhez ugyanaz a befogó
A Seco Tools folyamatosan keresi a módját, hogy miként bővítheti szerszámbefogói választékát az egyedi igények kielégítésére. 2000-ben a Seco Tools megvásárolta a szerszámbefogó rendszereket gyártó francia EPB vállalatot, amely gazdag tapasztalatokkal rendelkezik szerszámbefogók, kiesztergáló fejek és csillapított szerszámbefogók tervezésében és gyártásában. Az EPB forrásai segítségével a Seco Tools adott megmunkálási alkalmazásokhoz készített befogók széles választékát kínálja.

A Seco Tools például különféle hőzsugor befogókat kínál eltérő kinyúlási hosszakkal és orrprofilokkal. A HD hőzsugor befogók nehéz nagyolási alkalmazásokhoz, a DIN típusok pedig elsősorban elő-simításhoz és simításhoz valók nagy sebességű forgácsolásnál, ahol elsődleges a minőség. Az M&D (formázó és fröccsöntő) hőzsugor befogók mély üregek simítására és elő-simítására szolgálnak, amelyek öntőformáknál és repülőgépipari gyártásban elterjedtek.

Hasonlóképp, a Seco Tools ER és HP patronos befogókat is kínál. A népszerű és sokoldalú ER befogók szerszámátmérők egész sorához használhatók egyetlen befogó és különböző méretű patronok jóvoltából. A HP patronos befogókkal jó munkadarabfelület hozható létre nagy sebességű simításnál és könnyű nagyolási műveleteknél. A befogók csillapító hatásúak, így minimális a megmunkálásnál a vibráció, és a szerszámtörés kockázata is kicsi, mert mindössze a patron és a szerszám cseréjével azonnal folytatható a megmunkálás.

Nehéz megmunkálási műveletekhez a Seco Tools előre kiegyensúlyozott gépi maróbefogót kínál, amely nagy fémeltávolítási sebességekre képes és alternatívát nyújthat a hőzsugor és a Weldon befogók számára. Könnyű a felszerelésük és a szűkítő perselyekkel különféle szerszámátmérők befoghatók. A bővítő perselyek jóvoltából szintén sokoldalú hidraulikus befogók ütése 3xD mellett kisebb mint 5 µm, és nagy sebességű forgácsolási alkalmazásokhoz finom-kiegyensúlyozást kaptak. A beépített olajtartály a felületminőséget optimalizáló csillapítóelemként működik.

A Seco műszaki értékesítési csapata teljes képzést kapott a szerszámbefogók funkcióit, képességeit és alkalmazhatóságát illetően, a regionális szakértőktől pedig további támogatás kapható. A tájékozott és tapasztalt műszaki támogatás segít az ügyfeleknek kiválasztani az alkatrészek, berendezések és megmunkálási stratégiák szempontjából a legmegfelelőbb befogókat. A Seco katalógusok emellett részletes műszaki útmutatást nyújtanak a legtermelékenyebb és leginkább költséghatékony megoldás kiválasztásában.

Szerzők:
Yves Heitz, vállalati termékmenedzser, szerszámrendszerek