Применение аддитивных технологий при производстве свёрл со вставкой серии QTD

Интервью с Дирком Селлмером, главой отдела исследований и разработок компании Mapal:

Дирк Селлмер, отдел исследований и разработок компании Mapal

Редакция: Новое сверло со вставкой серии QTD вы называете первым в мире. Что делает его инновационным?

Дирк Селлмер: Инновации коснулись двух аспектов. Во-первых, это применение аддитивных технологий для производства прецизионных свёрл. Во-вторых, оригинальная концепция охлаждения.

 

Редакция: Что конкретно вы имеете в виду?

Дирк Селлмер: В сверле, изготовленном методом лазерного плавления, можно предусмотреть спиральную систему охлаждения. Её эффективность выше за счёт более быстрой подачи СОЖ. Кроме того, мы расширили ассортимент продукции, освоив производство свёрл меньшего размера.

 

Редакция: Расскажите, пожалуйста, о системе охлаждения.

Дирк Селлмер: Мы изменили подходы к охлаждению, чтобы сделать его эффективнее. По сравнению с центральным каналом СОЖ с Y-образным отводом, который использовался ранее, спиральная структура повышает скорость потока СОЖ на 100%. Кроме того, теперь канал охлаждения проходит параллельно винтовой канавке, что улучшает стабильность центральной части сверла. В рамках проекта мы также предложили новый профиль каналов для СОЖ, придав ему вместо круглой слегка треугольную форму. Тесты показали, что поперечный срез такого типа повышает скорость потока на 30%. Объем проходящей через сверло СОЖ в 1,6–2 раза превышает показатель для инструментов, изготовленных традиционным способом. А выпуск свёрл меньшего диаметра стал чем-то вроде побочного эффекта.

 

Редакция: Каковы основные требования к прецизионному сверлу?

Дирк Селлмер: Идеальное сверло — очень жёсткое снаружи и слегка пластичное внутри. При лазерном плавлении металлов есть возможность задавать выборочную толщину с последующей закалкой поверхности путем термообработки, а внутри формировать ячеистую или сотовую структуру. Результат — облегчённые решения и e-модули, которые невозможно получить традиционным способом. Если точнее, мы сосредоточены на производстве по принципу корпуса/сердцевины. Сначала формируется сердцевина сверла со вставкой и системой охлаждения, которую соединяют с традиционным шпинделем. На втором этапе аддитивного производства строится внешняя оболочка более высокой плотности. Получаем практически идеальное сверло — прочное снаружи и пластичное внутри: эта пластичность скомбинирована с высокими показателями жёсткости и прочности на растяжение. Готовый инструмент, естественно, проходит высокотемпературную обработку: мы используем закалку в вакууме.

 

Редакция: Компания Mapal выбрала аддитивное проектирование для внешних развёрток. Каковы практические преимущества этого подхода?

Дирк Селлмер: Рабочие характеристики вращающегося инструмента зависят от его массы и дисбаланса, что обусловлено механической инерцией. При аддитивном производстве массу внешней развёртки реально снизить на 50%, а то и больше. Можно предусмотреть полости, которые мы называем балансировочными профилями: они снижают дисбаланс и себестоимость изделия, повышают скорость и точность работы. Сотовая структура облегчает конструкцию и улучшает сбалансированность. В перспективе мы рассчитываем оптимизировать сотовую структуру, опираясь на принципы бионики и прочностной анализ FEM, чтобы дополнительно повысить потенциал вращения. Получив патент на подобные решения, мы уже располагаем необходимой базой. Но и это ещё не всё. Промышленный дизайн, учитывающий особенности производства, позволяет нам постоянно воплощать новые идеи прямо «в процессе работы».

 

Редакция: Когда вы стали осваивать аддитивное производство?

Дирк Селлмер: Сначала мы проанализировали предложения на рынке и оценили различные системы с учётом выпускаемой продукции. Вскоре стало очевидным, что любая из технологий позволит нам отказаться от прежних методик обработки. Весной 2014 г., уже через 12 месяцев после того, как мы остановили выбор на оборудовании Concept Laser, были получены первые изделия, готовые к серийному производству. Дитер Кресс, возглавляющий нашу компанию, настолько впечатлён результатами, что часто берёт с собой аддитивные инструменты, чтобы знакомить посетителей с этими маленькими чудесами.

 

Редакция: Почему Concept Laser?

Дирк Селлмер: Принимая решения такого уровня, приходится многое учитывать. Все три основных производителя предлагают действительно качественное оборудование. Но здесь большое значение имеют нюансы. Мы выяснили, что у компании Concept Laser особый подход к топологии. Кроме того, на предварительных переговорах они уделили большое внимание нашим задачам и показали, как применяют аддитивные технологии другие компании, занимающиеся обработкой. Скоро мы знали всё, что нужно пользователю. Компания Concept Laser предлагает открытый подход к настройке параметров. Это было важно для нашего отдела исследований и разработок, поскольку позволяло двигаться в интересующем нас направлении. На мой взгляд, установка M1 cusing выгодно отличается тем, что проектируется под конкретного пользователя и удобна в эксплуатации. Речь не идёт о «готовой» системе: это индивидуальное решение с рядом регулируемых факторов. Наше сотрудничество — диалог равных партнёров.

 

Редакция: Сложно ли было компании Mapal принимать решение об инвестициях, если говорить о рентабельности?

Дирк Селлмер: Конечно же, мы обсуждали эту тему. И определённая доля риска тоже была. Но владелец компании Дитер Кресс, активно интересующийся технологиями, осознал потенциал создания формы из порошка, как по мановению волшебной палочки. У этой технологии свое обаяние. Сюда можно отнести и производство без персонала: работа 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Кроме того, он знал, что отдел разработок поддержит его решение. Команда из 15 инженеров и технических специалистов, а также 10 помощников была готова к новым перспективам. Приступив к работе, мы определили чёткие цели и заручились свободой действий. Оглядываясь назад, могу сказать, что выбор владельца компании оказался абсолютно правильным и задал нам направление развития. Я искренне рад, что мы предприняли данный шаг достаточно рано. Опыт, который мы приобретаем, приносит нам конкурентное преимущество, пока остальные только собираются с духом.

Неверно было бы оставлять решение об инвестициях исключительно за контролирующим отделом. Варианты производственных решений, работа без персонала и другие особенности аддитивных технологий делают их конкурентоспособными и экономически эффективными, обеспечивают весомые преимущества нашим клиентам.

 

Редакция: Как считаете, станет ли это тенденцией?

Дирк Селлмер: Наша отрасль достаточно консервативна, поэтому инновации приживаются долго. Но, как видим, аддитивные стратегии меняют принципы проектирования, открывая дорогу решениям, которые прежде были невозможны. Преимущества новых изделий очевидны всем сторонам. Поэтому другого пути, для тех, кто намерен преуспеть в перспективе, просто нет. И для нас, учитывая себестоимость производства и характеристики продукции, и для наших заказчиков, которых интересует качество, доступность и стоимость изделия.

 

Редакция: Почему альтернативой традиционному подходу не стал выпуск внешних развёрток из титана?

Дирк Селлмер: Это не совсем верное решение: заменяя сталь титаном, мы получим снижение веса примерно на 35%. Но титан — дорогой материал, к тому же сложный и недешёвый в обработке. Вместо титана мы выбрали нержавеющую сталь 1.2709. Кроме того, из титана мы получим внешнюю развёртку с однородной плотностью. Образно говоря, на полпути к цели мы откажемся от инноваций. Иногда нет смысла выжимать максимум из старых стратегий. Нужно пробовать нечто новое.

 

Редакция: Что ещё вы осваиваете на аддитивном производстве?

Дирк Селлмер: Новые продукты и новые опции, например, модификации. Инструмент ISO имеет определённый жизненный цикл, зависящий от нагрузок на предприятии. Сам по себе износ нормален. Однако, принимая во внимание вопросы экологии и экономии ресурсов, мы пришли к выводу, что нет необходимости утилизировать инструменты ISO — их можно модернизировать. Если кратко, аддитивные технологии предлагают множество способов восстановить поверхность инструмента до состояния практически новой. И теперь, когда такие решения доступны, мы проверяем все наши инструменты на возможность модернизации конструкции, готовим целый ряд новых продуктов и опций.

 

Редакция: Каких технологических достижений вы ждёте от будущего?

Дирк Селлмер: Можно прогнозировать существенное увеличение скорости построения при лазерном плавлении металлов. Более мощные лазеры не входят в число наших приоритетов, поскольку мы работаем с достаточно тонкими изделиями. Но, с моей точки зрения, мультилазерные системы способны увеличить производительность, сделав процесс более быстрым либо выборочным (например, с варьированием толщины слоя). Вырастет и уровень качества. В комплексе это сделает готовую продукцию доступнее и улучшит её рабочие характеристики. Кроме того, я рассчитываю на расширение ассортимента материалов, что позволит нам ещё эффективнее адаптировать компоненты с учётом задач по производительности и сроку службы инструментов. В перспективе это может быть разработка порошковых материалов, оптимизированных с учётом техпроцессов и сферы применения. Изменится конструкционный потенциал, что даст нам новые варианты геометрии и функциональности. В целом, аддитивное производство способствует появлению новых решений, немыслимых в рамках традиционного производства. Эти технологии оптимальны, чтобы мыслить по-новому, мыслить оригинальнее.

 

Редакция. Благодарим за интервью.

 

аддитивное производство свёрл на Concept Laser M1

Описание продукта: сверло со вставкой QTD (впервые в мире) диаметром от 8 до 32,75 мм

 

- Свёрла 8–12 мм, изготовленные методом лазерного плавления.

- Рост скорости потока СОЖ на 100%, в первую очередь за счёт отказа от круглого сечения канала.

- Повышение стабильности центральной части: каналы для СОЖ параллельны винтовым канавкам.

- Монтаж: 1.5xD, 3xD, 8xD и 12xD

- Вставки типа 1-4 для традиционной и нержавеющей стали, чугуна, алюминия

 

Свёрла со вставками серии QTD ранее поставлялись только диаметром от 13 мм, что объяснялось, в том числе, наличием внутреннего канала для подвода СОЖ. Чем меньше инструмент, тем выше отрицательное влияние стандартного центрального подвода СОЖ на рабочие характеристики изделия. Центральный подвод ослабляет сердцевину сверла, делает её нестабильной. Кроме того, приходится уменьшать каналы системы охлаждения, а значит, падает объём СОЖ, подаваемой к режущим кромкам. Новую конструкцию стального корпуса сверла со спиральными охлаждающими каналами раньше в малых инструментах не использовали.

 

Лазерное плавление для оптимального охлаждения

Технология лазерного плавления позволяет в процессе 3D-печати сформировать в корпусе изделия диаметром 8–12 мм спиральные каналы подвода СОЖ. По сравнению с центральным подводом СОЖ с Y-образными отводами скорость потока возрастает на 100%. Подобный результат стал возможным и за счёт отказа от круглого сечения канала. Свёрла со вставками серии QTD малого диаметра запатентованы и доступны в рамках стандартного ассортимента.

 

 

Группа Mapal — кратко об основных фактах:

 

·         Прецизионные инструменты для любых задач металлообработки (рассверловка, прецизионное сверление, высверливание, фрезерование, обтачивание)

·         Индивидуализированное производство: прецизионные инструменты малыми и средними партиями (почти 95% объемов приходится на партии в 3–5 изделий)

·         Отрасли: автомобилестроение, механообработка, проектирование инструментов и производств

·         4500 сотрудников в странах мира, 3120 сотрудников в Германии

·         Оборот в 2014 г.: 510 млн. евро

·         Филиалы с региональным производством, сбытом и сервисом в 21 стране мира

·         Торговые представительства в 25 странах

 

Автор: Гвидо Радиг, Provvido

Перевод Олеси Зайцевой