Innowacyjna metoda strumieniowo-ścierna do usuwania zgorzeliny z wałów korbowych
Wały korbowe kute i hartowane w firmie ThyssenKrupp Gerlach poddawane są obróbce strumieniowo-ściernej w celu otrzymania absolutnie czystej powierzchni pozbawionej zgorzeliny. W tym celu przedsiębiorstwo to zainwestowało w innowacyjny system firmy Rösler. Maszyna do obróbki strumieniowo-ściernej zintegrowana jest w pełni zautomatyzowany proces produkcyjny i pozwala na obróbkę oraz usuwanie zgorzeliny z ok. 150 różnych typów wałów korbowych z możliwością dobrania i regulacji różnych parametrów obróbczych.
Firma ThyssenKrupp Gerlach GmbH z siedzibą w Homburgu we współpracy z zagranicznymi zakładami grupy ThyssenKrupp Forging Group jest jednym z wiodących producentów kutych i obrabianych wałów korbowych. Zakład położony w Niemczech, w Kraju Saary zajmuje się pracami badawczymi i rozwojowymi w dziedzinie różnych gatunków stali o podwyższonej wytrzymałości i alternatywnych technologii produkcyjnych, które umożliwiają redukcję ciężaru elementu, a tym samym zmniejszenie zużycia paliwa i emisji spalin. Zakład w Homburgu produkuje rocznie około sześciu milionów wałów korbowych, które montowane są w silnikach jednorzędowych, silnikach o przeciwległych cylindrach, silnikach widlastych, VR i W w pojazdach osobowych, użytkowych, motocyklach, itp. Portfolio firmy obejmuje około 150 różnych typów wałów.
Czysta powierzchnia bez zgorzeliny- cecha jakości
Po procesie kucia wały korbowe podawane są obróbce uszlachetniającej w specjalnej technologii. Po obróbce pokryte są one grubą i trudną do usunięcia warstwą zgorzeliny. Wały poddawane są następnie czyszczeniu w technologii strumieniowo-ściernej ze względu na konieczność wykonania badań nieniszczących i obróbki mechanicznej powierzchni. „Stosowana przez nas dotychczas technologia czyszczenia wałów korbowych wymagała dużych nakładów roboczych i personalnych, powiązana była również ze znacznym ryzykiem wypadków. Z tego powodu proces wymagał wdrożenia optymalizacji i z tego względu zdecydowaliśmy się na inwestycję w nową linię strumieniowo-ścierną“ – wyjaśnia Stefan Nussbaum – kierownik działu obróbki uszlachetniającej ThyssenKrupp Gerlach. Głównym celem zamierzeń było osiągnięcie odpowiedniej jakości obróbki. W tym celu nowa linia powinna umożliwiać dopasowanie charakteru obróbki strumieniowo-ściernej do różnych typów wałów korbowych. Drugim założeniem było zapewnienie takiej konstrukcji agregatu strumieniowania, która nie wymaga wykonywania prac budowlanych, takich jak nowy fundament lub zadaszenia.
„Na początku rozpoczęliśmy konsultacje z dziesięcioma różnymi producentami maszyn, z których czterech przeszło do następnego etapu selekcji. W końcu podjęliśmy decyzję o zamówieniu instalacji wg koncepcji RKWS 2x2 firmy Rösler. Maszyna ta jest niewielka, kompaktowa i cechuje ją wyjątkowo wysoki stopień automatyzacji“ – wyjaśnia Stefan Nussbaum.
Programy obróbki części - symulacja komputerowa
W celu zapewnienia tak wysokiego stopnia automatyzacji procesu najpierw przygotowano odpowiednie programy dopasowane do 150 typów obrabianych wałów korbowych, które zapisane zostały w sterowniku PLC maszyny. W tym celu najpierw wybrano wały korbowe o różnych długościach, typy wałów o najbardziej skomplikowanej geometrii i najmniejszych odległościach pomiędzy wykorbieniami. W szczególności ostatni parametr stwarza wielkie wyzwanie podczas czyszczenia.
Programy te definiują parametry procesowe, takie jak czas obróbki, prędkość obrotową turbiny i elementu obrabianego, drogę oscylacji oraz kąt strumienia turbiny w celu zapewnienia najlepszego wyniku strumieniowania. Określenie danych procesu obróbki stali jest możliwe na podstawie symulacji komputerowych i prób. Układ pomiaru drogi zainstalowany w maszynie umożliwia dokładne zachowanie zdefiniowanej pozycji ukierunkowania elementu pod turbinami strumieniowania. Charakterystyka strumieniowania może być płynnie regulowana i dopasowywana dzięki regulowanej elektrycznie jednostce liniowej. Nie ma konieczności wykonywania żadnych prac ręcznych, gdyż dopasowanie uchwytów elementów w RKWS w stacji załadunkowej do odpowiedniego typu wału korbowego realizowane jest automatycznie.
Proces w pełni zautomatyzowany
Wały korbowe po kuciu i chłodzeniu transportowane są za pomocą przenośnika podwieszonego do instalacji strumieniowania RKWS 2x2 ustawianej w hali bez konieczności wylewania fundamentu. Układ transportowy przejmuje wały korbowe i przekazuje je na jednostkę układającą. Robot instalacji strumieniowo-ściernej przenosi wały i układa je na przygotowanych i ustawionych nośnikach jednostki załadunkowej, która wyposażona jest w dwie stacje. Takie rozwiązanie umożliwia równoczesne obrabianie dwóch prostych wałów korbowych lub jednego bardziej skomplikowanego na dwóch stacjach, tym samym za pomocą dwóch różnych kierunków obrotu turbiny.
Po zamknięciu komór roboczych załączane jest podawanie ścierniwa, równocześnie wał korbowy zaczyna się kręcić i oscylować na uchwycie nośnika. Dzięki oscylacji elementu oczyszczane są również dokładnie krytyczne obszary pomiędzy policzkami. „Możliwość automatycznej regulacji kąta wylotu ścierniwa, rotacji i oscylacji podczas obróbki czyszczącej wału bardzo nam się spodobała. Żaden inny oferent nie zaproponował podobnego rozwiązania“ – komentuje Stefan Nussbaum.
Wymagana wydajność i moc instalacji RKWS 2x2 zapewniana jest przez cztery turbiny strumieniowe Long Life Gamma 520 o mocy napędowej każda po 37 kW umożliwiającej czyszczenie z wydajnością do 4,5 tony ścierniwa na minutę.
Turbiny wysokiej wydajności posiadają łopaty wyrzucające i dwie powierzchnie robocze. Kierunek obracania turbin jest dobrany odpowiednio do danego wału korbowego i zapisany również w sterowniku PLC. Turbiny typu Gamma osiągają w porównaniu z tradycyjnymi turbinami wyższą o 30 procent prędkość wyrzutową i charakteryzują się niezwykłą wytrzymałością na zużycie.
Dobra ochrona przed zużyciem i łatwość utrzymania
Układy ochrony przed zużyciem są dopasowane optymalnie do wysokiej przepustowości ścierniwa. Komora robocza wykonana jest ze stali manganowej o grubości 10 mm. Na obszarze śrutowania komora wyposażona jest poza tym w oporne na ścieranie, wymienialne płyty osłonowe ze stali manganowej (10 mm) lub hartowanej stali narzędziowej (20 mm), z której wykonane są również uchwyty elementów obrabianych. Wanny wypełnione ścierniwem na podłożu komór roboczych zabezpieczają przed bezpośrednią ekspozycją obszary maszyny narażone na działania ścierniwa. Takie rozwiązanie pozwala również na zmniejszenie zużycia i zapewnienia wysokiej dostępności instalacji. Układ przygotowania i tłoczenia ścierniwa jest również wykonany odpowiednio do wysokiej ilości przepływu ścierniwa w maszynie.
Konstruktorzy maszyny poświęcili również wiele uwagi zapewnieniu łatwości i prostoty utrzymania i konserwacji maszyny. Zapewniony został łatwy dostęp do wszystkich komponentów maszyny wymagających wykonywania prac serwisowych. Poza tym linia wyposażona jest w suwnicę z podnośnikami, które umożliwiają proste i szybkie wykonanie prac konserwacyjnych.
