Elektroerozivní obrábění v leteckém průmyslu

12. května 2009

Francouzský letecký průmysl již tradičně určuje směr vývoje a možnosti nasazení nových technologických řešení v tomto odvětví. Nyní přichází se zaváděním vyspělé EDM technologie pro výrobu vysoce přesných součástí leteckých motorů.

Ačkoli je tato technologie již dlouho standardně využívaná ve výrobním průmyslu, EDM hloubení si své postavení mezi technologiemi používanými dodavateli pro letecký průmysl vydobylo teprve nedávno. Nicméně společnosti, které se zapojily do využívání technologie EDM, již sklízejí plody svého úspěchu. Technologie vyvíjená firmou Sodick představuje v uvedeném odvětví špičku. Nejnovější generace EDM strojů firmy Sodick ve standardním provedení poskytuje kapacitu obrábění pro 5 os, přímý import 3D prostorového modelování do řídicího systému, technologii pro grafitovou elektrodu s mírou opotřebení menší než 0,06 % (tzv. nanoopotřebení) a také unikátní desetiletou záruku na přesnost polohování.

Hloubička AG55L může pracovat v režimu osmiosého simultánního obrábění.

Nové multikapacitní řízení

Náročné požadavky leteckých konstruktérů si ovšem vynutily další vývoj, jehož výsledkem je unikátní řešení firmy Sodick. Řídicí jednotka nového typu nabízí možnost provádět simultánní operace EDM obrábění až v osmi osách. Tato schopnost přináší významné výhody jako eliminování potřeby několikanásobného nastavení operací a současně odstranění komplikovanosti sjednocení přídavných řídicích jednotek k dosažení stejných možností obrábění. Ve výsledku o znamená, že velmi komplikované tvary mohou být vyrobeny z jednoho kusu materiálu zaručujícího pevnost a celistvost, dramaticky se zvyšuje flexibilita obrábění a je umožněno vytvoření forem, jejichž 3D tvar je limitován pouze technickou představivostí vývojových inženýrů.

EDM řezání a hloubení je ideální technologií pro obrábění těžko obrobitelných materiálů, jako je kalená ocel používaná pro výrobu nástrojů, titan, karbid nebo inconel. Není tedy divu, že letečtí inženýři si osvojují technologii, která ideálně splňuje požadavky na spolehlivost, extrémní přesnost a co nejnižší tolerance. Komplikované tvary, které jsou v leteckém průmyslu běžné, se dříve vyráběly během více různých obráběcích operací vyžadujících vícenásobné nastavení, což nevyhnutelně vedlo k nepřesnostem. Odpovědí je osmiosé simultánní EDM obrábění, které umožňuje menší povolené odchylky a složitější tvary.

Vysoce přesná EDM technologie se uplatňuje při výrobě součástí leteckých motorů.

Integrované obrábění až v osmi osách

Integrovaná řešení, která tvoří exkluzivitu strojů Sodick, jsou vyvíjena ve spolupráci se společností JauchSchmider, předním výrobcem široké škály velmi přesných otočných stolů, jež jsou dodávány jako součást stroje plně integrovaná v řídicím systému Sodick. Víceosé rotační stoly firmy JauchSchmider užívané v kombinaci s EDM drátovými řezačkami a hloubičkami jsou schopny vytvořit miniaturní tvary s ostrou konturou, mikrostruktury a mikrootvory s průměrem kolem 80 μm, což odpovídá tloušťce lidského vlasu. Vývoj rotačních stolů firmy JauchSchmider byl zahájen na základě požadavků zákazníků zejména ze sféry zdravotnictví, leteckého průmyslu a mikroelektroniky, kde snaha o minimalizování rozměrů součástek bývá určujícím prvkem nových konstrukčních řešení. Tvarové řešení zůstává stejné, ale celková velikost se zmenšuje. Výzvou pro techniky byla tedy zejména celková redukce rozměrů dílu a s ní současně proporcionálně zmenšená i povolená odchylka.

Technické možnosti celého systému Sodick a jeho využitelnost jsou pro společnosti působící v leteckém průmyslu pochopitelně velmi atraktivní. Ve Francii byla nainstalována první robotizovaná elektroerozívní centra, jedno pro drátové řezání, druhé jako plně robotizované hloubicí pracoviště. Obě špičková zařízení byla dodána výrobcům leteckých motorů.

Bez obsluhy může stroj pracovat až 24 hodin.

Hloubička pro vysoce přesné díly leteckého motoru

První stroj, který byl nainstalován ve výrobě leteckých motorů, je hloubička Sodick AG55L vybavená řídicím systémem LP10 schopným pracovat v režimu osmiosého simultánního obrábění. To umožnilo integraci osy A a B (rotační a nakloněné) do stolu stroje. Velmi komplikovaný požadavek zákazníka byl týmem vývojářů Sodick a JauchSchmider skvěle zvládnut a jeho výsledkem je speciální řešení vytvořené zákazníkovi na míru.

Úkoly, které jsou řešeny pomocí AG55L, jsou přirozeně velmi utajované, ale zahrnují obrábění naprosto přesných součástek, ve kterých jsou vyrobeny stovky otvorů o průměru menším než 0,8 mm pod různým úhlem. Tento typ obrábění je samozřejmě velmi časově náročný, ale jednou z největších předností strojů AG55L v této konfiguraci, která zahrnuje i robot zajišťující manipulaci s paletami, je jeho schopnost chodu bez obsluhy, což výrazně zvyšuje produktivitu. Další významná výhoda spočívá v tom, že při průměrné době zpracování 2 hodin na paletu může být stroj ponechán bez obsluhy celých 24 hodin.

Výrobci klíčových součástek používají drátové řezačky

Druhý stroj – drátová EDM řezačka Sodick AQ327L – umožňuje stejně výkonné řešení pro subdodavatele v leteckém průmyslu, kteří ji využívají k výrobě klíčových součástek. Znovu byla integrována horizontální rotační osa A firmy JauchSchmider k zajištění schopnosti osmiosého simultánního obrábění a řídicí systém LP34 firmy Sodick, které přinášejí možnost přesného polohování díky souvislé rotaci. Tím je zajištěna výroba miniaturních otvorů a složitých přesných tvarů s použitím drátu o velmi malém průměru.

Tento systém je také dodáván s automatickým robotizovaným systémem, který je schopen postupně obsloužit 24 palet a rovněž pracovat bez obsluhy 24 hodin. Navíc byl do stroje integrován systém vhánění horkého vzduchu, což zamezuje korozi, která vzniká působením dielektrické kapaliny, a obráběné součásti zůstávají suché.

EDM, letecký průmysl a Evropa

„EDM je již zavedenou technologií ve výrobě chirurgických a zdravotnických propriet, tedy v sektoru, který podobně jako letectví klade důraz na preciznost a přesnost,“ uvádí Jan van Egmond, prezident firmy Sodick Europe. „V letectví se doposud vývojové společnosti musely vyrovnávat s méně dokonalými technologickými řešeními. Nyní s plně integrovanými víceosými stroji Sodick mohou inženýři vytvářet špičkové součástky rychle, kdykoli, spolehlivě a důsledně. Není divu, že dokonalé zvládnutí této technologie je přísně chráněným tajemstvím výrobce.“ Díky progresívním technickým řešením se podíl firmy Sodick na trhu v Evropě rapidně zvyšuje – ze 4 % v roce 2000 na 20 % v roce 2007. Jen v roce 2008 bylo v Evropě prodáno přes 500 strojů.

Zdeněk Zeman

Zenit