Moet een draaimolen draaien?

LeanWerks heeft een proces ontwikkeld waarbij snijgereedschap en werkstuk worden gecombineerd en deeltasttechnologieën om de draaimolen in staat te stellen vijf zijden van dit investeringsgietonderdeel in één opstelling te bewerken. Fotocredits:LeanWerks

Enkele jaren geleden spoorden de wegebbende bedrijfsomstandigheden in de olievelden Ogden, Utah's LeanWerks, aan om in andere sectoren te gaan werken (waaronder de lucht- en ruimtevaart en snelle automatisering) om een ​​evenwichtiger klantenbestand en een stabielere werkstroom op te bouwen. De contractwerkplaats, nu geregistreerd volgens de AS9100C-luchtvaartstandaard, begon ook een deel van zijn bestaande bewerkingscapaciteit aan te passen om beter te passen bij de bewerkingstaken die het zou tegenkomen in die nieuwe industrieën.

Reid Leland, president en mede-oprichter van het bedrijf, wijst op één voorbeeld:een aluminium gietstuk voor een brandstoffilterhuis voor een straalmotor. Tegen de tijd dat LeanWerks kennismaakte met deze baan, liep de klant voor lucht- en ruimtevaartgieterij bijna een jaar achter op het leveringsschema, omdat het interne bewerkingsproces, dus de productiesnelheid, traag was. Als gevolg hiervan verloor zijn klant - de OEM van de straalmotor waarop deze behuizing is geïnstalleerd - zijn geduld en de achterstand die werd veroorzaakt door de vertragingen bij deze klus stelde andere klanten teleur. Daarom nam de gieterij contact op met LeanWerks om te overwegen de bewerking van die gietstukken op zich te nemen, in een poging om de belasting van de interne bewerkingsbronnen te verlichten.

Hoewel veel ingenieurs investeringsgietstukken specificeren voor hun onderdeelontwerpen omdat ze vormmoeilijkheden bieden met een goede dimensionale precisie in vergelijking met andere gietprocessen, moeten die componenten nog steeds worden bewerkt om een ​​nauwkeurige pasvorm en functie in hoogwaardige assemblages te bereiken. De variabiliteit van dit soort gegoten onderdelen en de bijbehorende lastige vereisten voor het vasthouden van het werkstuk zorgen er echter voor dat sommige werkplaatsen dit soort machinale bewerkingen vermijden.

De behuizing van het brandstoffilter vereist bijvoorbeeld meerdere bewerkingen, waaronder het frezen van diepe gaten, boren, vlakken, boren, tappen, groeven met een binnendiameter en 3D-contouren. Oorspronkelijk dacht LeanWerks dat het de klus zou kunnen klaren met behulp van verschillende opstellingen op een drie-assige frees en één opstelling op een draaicentrum. Het besloot uiteindelijk dat dit niet de beste strategie was, omdat de nauwe positietoleranties van het onderdeel met een gecompliceerd datumschema niet haalbaar zouden zijn vanwege de meerdere instellingen.

In plaats daarvan overwoog LeanWerks hoe het zou kunnen profiteren van de freescapaciteit van zijn Mazak Integrex i200S draaifrees om het aantal keren dat het onderdeel wordt aangeraakt tijdens de bewerking te minimaliseren. De werkplaats gebruikte deze machine voornamelijk voor de productie van taps toelopende plugventielinserts voor hogedrukpompen in de olie- en gasindustrie, zoals die nodig zijn voor hydraulische fracturering en coiled-tubing-toepassingen. De Integrex was zeer geschikt voor het klepinzetdeel omdat het zowel de taps toelopende buitendiameter van het onderdeel kon draaien als de interne dwarsasstroomboringen kon frezen. De machine kon ook de bijbehorende O-ring van de boring frezen, waarvoor een contourbewerking met vijf assen nodig was vanwege het conische oppervlak van de boring.

Dat gezegd hebbende, het bewerken van het onderdeel van het brandstoffilterhuis op de draaimolen, een klus die geen draaien vereiste, bood een verscheidenheid aan uitdagingen. Het A356.0 gegoten aluminium van vliegtuigkwaliteit heeft bijvoorbeeld een hoog silicagehalte en kan moeilijk zijn voor snijgereedschappen. Bovendien heeft de geometrie van het onderdeel meerdere kenmerken onder meerdere hoeken op alle vlakken (inclusief een kritische fitting in de bodem van het 13-inch diepe gietstuk) en veroorzaken dunwandige gebieden trillingsproblemen tijdens het bewerken. Bovendien vereist het onderdeel met een complexe referentiestructuur nauwe toleranties, waaronder een ware-positietolerantie van 0,25 mm voor sommige ver uit elkaar liggende kenmerken, en maattoleranties van ± 0,01 mm en werkelijke positietoleranties van 0,05 mm voor andere, minder gescheiden kenmerken.

Als gevolg hiervan nam LeanWerks in wezen drie stappen om zijn draaimolen in staat te stellen vijf zijden van het investeringsgietstuk effectief in één opstelling te bewerken. De eerste stap was het ontwerpen van een opspanning om het gietstuk vast te houden, zodat bewerking aan vijf zijden van het onderdeel kon worden uitgevoerd. Een belangrijk onderdeel van dit armatuurontwerp is een wieg die aangrijpt op het hoofdlichaam van het gietstuk en tegelijkertijd toegang biedt tot functies tussen en naast de wiegpoten. Om het gietstuk aan de wieg te bevestigen, werd een ketting- en katrolmechanisme tussen de wiegpoten geïnstalleerd voor een gelijkmatig verdeelde klemkracht.

Omdat de draaifrees niet voldoende Y-as verplaatsing bood om alle functies te bereiken, werd een Setco zwaluwstaartschuif in de opspanning ingebouwd om de wieg en het onderdeel te kunnen schuiven en opnieuw vast te klemmen in een toegankelijke positie zonder het onderdeel volledig opnieuw te moeten bevestigen. Om de stijfheid te garanderen, werd de wieg gemonteerd en geschoord op een stalen grondplaat met paspennen en lasnaden. Die basisplaat wordt op het zwaluwstaart-schuifzadel gemonteerd en de basisplaat op de hoofdbekken op de bestaande drie-klauwplaat van de machine.

Vanwege de grootte van dit werkstuk, Door de Y-asbeweging van de draaimolen kan de spil niet alle delen van het te bewerken onderdeel bereiken. Om dit te ondervangen, maakt het door LeanWerks ontwikkelde armatuur gebruik van een zwaluwstaartschuif om het opspandeel in een toegankelijke positie te kunnen schuiven en opnieuw vast te klemmen. Daaropvolgende meetroutines bepalen de werkelijke positie van het verplaatste onderdeel.

Vervolgens integreerde de winkel een schakelend tastersysteem. Aanraken was nodig omdat de vorm van elk gegoten onderdeel enigszins varieert, en de verschuifbare armatuur die wordt gebruikt om het verplaatsingsprobleem van de Y-as te verminderen, verandert de locatie van het onderdeel. Door tasten kon de nieuwe positie van het onderdeel na de verschuiving nauwkeurig worden gedefinieerd en konden de daaropvolgende gereedschapspaden het beste passen bij de werkelijke onderdeellocatie.

De winkel realiseerde zich zelfs dat er een sonde van standaardlengte nodig was, evenals een sonde met een groter bereik om toegang te krijgen tot functies die zich diep in het onderdeel bevinden. Omdat de draaifrees slechts één meetkanaal had, heeft LeanWerks de machine achteraf uitgerust met een Renishaw RMI-Q radio-ontvanger en een programmeerbare logische controller (PLC)-kaart geïnstalleerd in het hoofdbedieningspaneel van de machine om een ​​tweede tastersignaal te verwerken. De korte sonde gebruikt een stylus van 25 mm lang, terwijl de lange sonde een stylus van 50 mm gebruikt die op een verlenging van 200 mm is gemonteerd. Beiden gebruiken een Renishaw RMP-60 tasterlichaam.

De meetroutines werden geprogrammeerd met behulp van de Renishaw Inspection Plus-software en de resulterende code werd op de juiste locaties aan het machineprogramma toegevoegd. De initiële sonderingsroutine meet punten op de onderste poort in de behuizing en de opening aan de voorkant van de behuizing om de centrale as van het onderdeel te definiëren. Andere kenmerken die worden afgetast, zijn onder meer een van de kleine poorten nabij de voorkant om de rotatierichting van het onderdeel te bepalen en een wand in de hoofdzijflens om de locatie van de Z-as van het onderdeel te bepalen. Mazak's WPEC-softwaremodule (Work Position Error Compensation) zorgt ervoor dat afwijkingen die zijn gedetecteerd door middel van ware-positieberekeningen die zijn afgeleid van de initiële meetroutine, meebewegen met het onderdeel door middel van spilindexeringsbewegingen. Na de aanvankelijke sonderingsroutines wordt extra sondering uitgevoerd om de locatie van gerelateerde functies en nabewerkte oppervlakken te bevestigen.

Om functies diep in de behuizing te onderzoeken, gebruikt LeanWerks maakt gebruik van een 50 mm lange stylus die is gemonteerd op een verlenging van 200 mm.

Ten slotte zorgden de ingrijpende bewerkingen die nodig waren voor dit onderdeel en het schurende aluminiummateriaal ervoor dat de werkplaats geavanceerde snijgereedschaptechnologie gebruikte. Voor deze klus maakt de werkplaats gebruik van het Rego-Fix powRgrip gereedschaphoudersysteem. Een alternatief voor krimppassing, de powRgrip is een mechanisch perspassingsysteem dat bestaat uit een gereedschapshouder, precisiespantang en compacte tafelmodel hydraulische klemeenheid die worden gebruikt om de spantang en het gereedschap in de houder te plaatsen. Volgens Rego-Fix is ​​het systeem in staat om hoge klemkrachten te genereren met een totale indicatorwaarde van minder dan 0,0001 inch. De stijfheid van dit systeem verbetert de standtijd en snijnauwkeurigheid.

Snijgereedschappen die voor dit werk worden gebruikt, moeten positieve hoge spaanhoeken hebben en met zeer hoge snelheden en met geringe snededieptes worden gebruikt. Garr Alumistar vingerfrezen worden gebruikt, evenals een kleine vlakfrees met ongecoate, hooggepolijste, hoogpositieve wisselplaten.

LeanWerks stelt ook tools voor deze taak in met behulp van een Speroni STP Magis 400-preset die verkrijgbaar is bij Big Kaiser. De voorinstelling maakt niet alleen de externe instelling van gereedschappen mogelijk, maar, wat nog belangrijker is, helpt bij kwalificatie en probleemoplossing omdat het inspectie van de snijkant, validatie van de vorm van vormgereedschappen en meting van slingering vergemakkelijkt.

Keerpunt

Het proces dat LeanWerks ontwikkelde om deze investeringsgietklus op zijn draaimolen te bewerken, verbeterde de productiesnelheid van 10 uur per onderdeel tot minder dan twee uur per onderdeel. Als gevolg hiervan blijft de winkel andere manieren overwegen om de mogelijkheden van zijn bestaande capaciteit te maximaliseren op dezelfde manier als bij het werk in verschillende nieuwe industrieën.