Pewny uchwyt, bo z magnesem

Stabilne i precyzyjne zamontowanie obrabianego bądź przenoszonego elementu jest niezwykle istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa operatora i samego przedmiotu. Z drugiej strony czas montażu oraz przezbrojenia odgrywa niebagatelną rolę, a niekiedy i decyduje o efektywności danego systemu. Te skrajne cechy, tj. stabilność i dokładność oraz czas mocowania, godzą magnetyczne systemy mocujące.

Choć wydawałoby się, że dobór elementów mocujących nie ma aż tak dużego znaczenia z punktu widzenia efektywności procesów produkcyjnych, to jednak rygorystyczne wymogi bezpieczeństwa oraz rosnące wymagania jakościowe wymuszają coraz częściej na producentach stosowanie także innowacyjnych i niezwykle dokładnych systemów mocowań. Do tego, zwłaszcza przy krótkich seriach, elementy mocujące muszą charakteryzować się elastycznością i radzić sobie z przedmiotami o różnych rozmiarach i kształtach, a przy tym zapewniać jak najkrótszy czas przezbrojenia. Dlatego też mechaniczne systemy mocujące coraz częściej ustępują pola systemom magnetycznym.

Do obróbki i do transportu

Wśród systemów magnetycznych mamy kilka kategorii urządzeń wykorzystywanych do różnych zastosowań i w różnych branżach. Chwytaki magnetyczne są np. używane do czynności manipulacyjnych oraz podnoszenia: pozwalają na umieszczanie obrabianych przedmiotów w obrabiarkach oraz przenoszenie elementów z blachy, kształtowników czy też innych detali z materiałów o właściwościach ferromagnetycznych. Chwytaki magnetyczne zastępują różnego rodzaju uchwyty mechaniczne, zaciski, a także łańcuchy oraz liny, poprawiając wydajność pracy i podnosząc poziom komfortu oraz bezpieczeństwa pracowników. Ta kategoria systemów magnetycznych jest wykorzystywana m.in. w przemyśle maszynowym, a także w stalowniach, zakładach konstrukcji stalowych czy nawet w hutach żelaza.

Magnetyczne uchwyty mocujące, najczęściej w postaci płyt o prostokątnym kształcie (choć są też i inne, chociażby okrągłe), stanowią dodatkowy element wyposażenia centrów obróbczych i są wykorzystywane do operacji frezowania, szlifowania, toczenia, spawania, wiercenia, elektrodrążenia i innych. Ich zaletą w stosunku do tradycyjnych zacisków i mechanicznych uchwytów jest dużo szybsze chwycenie i zwolnienie obrabianego detalu, dostępność do niego z pięciu stron oraz niepowodowanie deformacji materiału w miejscu mocowania elementu. Równomierny docisk płyty mocującej ogranicza występowanie wibracji, a tym samym zapewnia większą dokładność procesów obróbczych i zmniejszenie zużycia narzędzi skrawających. Niewątpliwą zaletą jest również redukcja kosztów przygotowania i konserwacji narzędzi.

Osobną grupę systemów magnetycznych stanowią duże systemy transportowe, które są niezbędnym elementem wyposażenia m.in. hut, magazynów stali, ale także np. zakładów przemysłowych, w których wytwarzane są samochody. Urządzenia te służą do przenoszenia blach, zwłaszcza o dużych rozmiarach, płyt, większych bloków, a także zwojów. Ponieważ w przypadku tradycyjnych metod przenoszenia arkuszów blachy może dojść do ich wygięcia i deformacji, magnetyczne uchwyty redukują to ryzyko, zapewniając stabilne mocowanie od góry danego elementu.

Różne technologie magnesu

Obecne na rynku magnetyczne systemy mocujące są wyposażone w trzy główne technologie mocowania przy użyciu magnesu. Podstawą są trwałe bądź permanentne uchwyty magnetyczne, w których włączanie i wyłączanie siły magnetycznej odbywa się np. przy użyciu dźwigni ręcznej. Zaletą takiego rozwiązania jest całkowita niezależność od energii elektrycznej i praktycznie brak jakichkolwiek kosztów eksploatacyjnych, a także długa żywotność i niewielkie potrzeby konserwacyjne. Trwałe systemy mocowania są ponadto łatwe w montażu i mobilne. W miejscu mocowania nie jest wytwarzana energia cieplna, dzięki czemu nie ma ryzyka deformacji cieplnej ani płyty mocującej, ani obrabianego detalu. Do najważniejszych wad tego rodzaju mocowania należą ograniczenia rozmiarowe (obrabiany element nie może być ani za duży, ani zbyt ciężki) oraz brak możliwości regulacji siły mocującej. Wspomniane ręczne uruchamianie i wyłączanie siły mocującej sprawia, że nie jest to także odpowiednie rozwiązanie do zautomatyzowanych stanowisk.

W przypadku elektromagnesów do wytworzenia pola magnetycznego niezbędny jest prąd, który przepływa przez cewki. W zależności od ich wielkości systemy elektromagnetyczne mogą dysponować silnym polem magnetycznym, dzięki czemu możliwe jest bezpieczne zamocowanie detali o dużych rozmiarach i/lub nierównomiernych kształtach. Operator ma możliwość płynnego regulowania siły magnetycznej – sterowanie może odbywać się ręcznie, jednak w nowoczesnych systemach coraz częściej realizowane jest automatycznie. Najważniejszym ograniczeniem tej technologii jest konieczność zapewnienia ciągłego dopływu prądu, co przy wykonywaniu niektórych bardziej niebezpiecznych operacji wymusza posiadanie alternatywnego źródła zasilania (np. z akumulatora). Powstające podczas przepływu energii elektrycznej przez cewki ciepło może być przyczyną deformacji i zmniejszenia precyzji obróbki. W przypadku tej technologii trzeba też wkalkulować dodatkowe koszty za energię elektryczną.

Połączeniem obu powyższych metod są elektropermanentne systemy mocujące. Wprawdzie posiadają one również cewki, przez które przepływa prąd w celu wytworzenia pola magnetycznego, jednak energia elektryczna jest niezbędna tylko przez chwilę – do aktywowania magnesów. Po namagnesowaniu materiału prąd jest już zbyteczny aż do momentu dezaktywacji magnesu (rozmagnesowania materiału). Tym samym zużycie energii elektrycznej jest minimalne. Ten system z powodzeniem może być stosowany do mocowania większych przedmiotów, a zdalne sterowanie pozwala na wykorzystanie go w zautomatyzowanych procesach. Mniejsze jest także ryzyko deformacji pod wpływem zmian temperatury. Systemy elektropermanentne są jednak droższe od pozostałych technologii, a w niekorzystnych warunkach uzyskują niższą siłę mocującą niż elektromagnesy.

W kierunku inteligentnych rozwiązań

Magnetyczne systemy mocujące cały czas ewoluują – ich producenci wprowadzają na rynek nowoczesne i coraz częściej specjalistyczne rozwiązania. W ofercie firmy Inmet-BTH (dystrybutor produktów firmy Roemheld) znajdziemy np. magnetyczny system mocujący M-TECS, który powstał z myślą o współpracy z wtryskarkami, prasami gumowymi, maszynami odlewniczymi, nośnikami form i pras do formowania metalu. Umożliwia on szybką i łatwą wymianę niestandardowych form matrycowych bez wprowadzania zmian, gdyż standaryzacja matryc nie jest w tym przypadku wymagana.

Zaletą stołów magnetycznych Tecnomagnete serii MillTec (w ofercie MAG Centrum) przeznaczonych do frezarek i maszyn CNC jest elektropermanentny magnes dwustronny. Magnes sam potrafi się przymocować do stołu maszyny i niezależnie od tego zamocować detal. Powstałe w ten sposób sztywne mocowanie redukuje ryzyko wystąpienia niepożądanych wibracji między stołem maszyny a obrabianym przedmiotem.

Przyszłość będzie jednak należeć do zautomatyzowanych systemów mocujących zgodnych z ideą Przemysłu 4.0. Płyta magnetyczna Magnos firmy Schunk posiada np. moduł sterowniczy połączony z układem sterowania maszyny, który na bieżąco dostarcza informacji o aktualnym stanie mocowania uchwytu magnetycznego. Kolejna funkcjonalność pozwala na przeprowadzenie symulacji różnych sytuacji mocowania. Po wprowadzeniu wymaganych parametrów dotyczących przedmiotu obróbki, procesu oraz typu uchwytu operator będzie mógł sprawdzić, czy siły mocowania są odpowiednie.

W przyszłości magnetyczne systemy mocujące będą ważnym ogniwem inteligentnej produkcji, monitorując stale proces obróbki i automatycznie dostosowując jego parametry do obrabianych elementów.

* * *
W artykule wykorzystano materiały ze stron internetowych firm: Inmet BTH, MAG Centrum, Schunk oraz Walmag.


Wojciech Traczyk