OPTIMÁLIS FRÖCCSÖNTŐ SZERSZÁMOK KOMPUTERTOMOGRÁFIÁVAL
Komputertomográfia alkalmazásával az elsőminta-darabok ma már pontosan és hatékonyan mérhetők, majd a szükséges korrekciók egyetlen lépésben átvihetők a fröccsöntő szerszámot készítő gépre.
FRÖCCSÖNTŐ SZERSZÁM ÜZEMÉBEN a Vema GmbH különleges pontosságú műanyag alkatrészeket gyárt. A vállalat ügyvezető igazgatója Werner Veser. Olyan fröccsöntött alkatrészek gyártásához, mint a LED-es fényszórólencsék, a Vema vállalatnak korábban többször is újra kellett munkálni a fröccsöntő szerszámot, mielőtt az alkatrész megfelelő minőségű lett.
Mérési szolgáltatás szerszámgyártási gyökerekkel
Amikor Veser alternatív megoldást keresett a hagyományos mérési módszerekre, mások azt javasolták neki, próbálja ki a komputertomográfiát (CT). Ez a módszer orvosi területen széles körben használatos, ám az iparban még mindig újnak számít, annak ellenére, hogy kiváló eredményeket szolgáltat.
Szerencsés véletlen, hogy a mások által ajánlott szolgáltató, a HeMa-CT, a németországi Schönaichban található, mindössze 100 km-re a Vema vállalat székhelyétől. „Ez könnyebbé tette a kapcsolatfelvételt és a munka megszervezését. Már az első eredmények is rendkívül ígéretesek voltak.” mondja Veser. „Miután megfogalmaztuk és egyeztettük az igényeinek, olyan mérési és korrekciós értékeket kaptunk, amikről álmodni se mertünk.”
A HeMa-CT vállalkozás mögött két innovatív gondolkodó, Mark Waschitschek és Herbert Layher áll, no meg egy TomoScope gép a Werth Messtechnik vállalattól. A két ügyvezető, akik a fröccsöntő szerszám készítés területéről érkeztek és különböző beszállító vállalatoknál dolgoztak, az utolsó munkahelyükön találkoztak egymással. Egyikük a műszaki igazgató volt, másikuk a minőségbiztosítási vezető, amikor öt évvel ezelőtt elkezdtek fejlett mérési módszereket keresni komplex munkadarabok vizsgálatához. Egy szakkiállításon ismerkedtek meg a komputertomográfiával, és azonnal meglátták a technológiában rejlő lehetőségeket.
Egyetlen gép számos felhasználónak
Egy ilyen CT mérőgépet viszont egy kisebb szerszámműhely vagy fröccsöntő szerszám készítő vállalkozás nem tud teljesen kihasználni. Így lett a HeMa-CT vállalat méréstechnikai szolgáltató, aki a Werth Messtechnik TomoScope 200 gépét, az első, kifejezetten koordináta
méréstechnikához fejlesztett CT-gépet használja.
A Vema egyik szakterületét a járműipari LED-alkalmazások jelentik. Werner Veser így magyarázza: „Olyan egyedülálló szaktudásra tettünk szert, ami miatt sok lámpatervező látogat el hozzánk, hogy gyakorlatba is átültesse a terveit. Mivel fröccsöntő szerszámok készítésével és fröccsöntéssel egyaránt foglalkozik, és a két területen megszerzett tapasztalataink jól kiegészítik egymást, ideális partnerek vagyunk a fröccsöntő szerszámok fejlesztésében és első szériás gyártásban.”
A lencsék és reflektorok gyártása azonban nem egyszerű feladat. A termékeknek nem csupán olyan átlátszónak kell lenniük mint az üveg, de a felületminőségük is rendkívül fontos. Teljesen simának kell lenniük és az előírt szöget kell bezárniuk egymással. A milliméter kétszázad részének megfelelő eltérés hatására kb. 30%-kal csökken az átbocsátott fény. Emiatt a végtermék optikai funkcionális felületeinek maximális pontossággal kell készülniük. Ez egy olyan kihívás, amely leginkább a megfelelő megbízhatósággal tervezett fröccsöntő szerszámmal teljesíthető. Az ezt követő fröccsöntési eljárást egyszerűbb kézben tartani, mint a szerszám gyártását.
Precíz műanyag alkatrészek szerszámkorrekcióval
A szükséges pontossági szint eléréséhez Veser a következő megközelítést alkalmazza: Betölti az ügyfél alkatrészének CAD-adatait a saját rendszerébe, ahol először az adott műanyagtípusra várható zsugorodást számítja ki. Veser ezután létrehozza a negatív formát a pozitív darabból, és megtervezi a szükséges fröccsöntő szerszámot. Ebből a CAD-fájlból azután a szoftver CAM-modulja létrehozza a megmunkáló NC-programot. A szerszámgyártó műhely kimarja a szerszámot és hozzáadja a kilökő csapokat, csúszkákat stb.
A fröccsöntő gépen végzett szimulációk és próbagyártások segítségével a szerszámot addig optimalizálják, amíg garantált nem lesz a gyártási eljárás megbízhatósága. Ez a kritikus méretek esetén 0,1 mm-es tűrést jelent.
Ezután megkezdődhet a finomhangolás, amihez nagy pontossággal kell megmérni a fröccsöntött termékeket. Ha eltérés mérhető a céladatoktól, a fröccsöntő szerszám megfelelő korrekciót igényel. Az olyan vastagfalú alkatrészek, mint a LED-lencsék, jelentős mértékű zsugorodást mutatnak. Hagyományos tapintós mérési eljárásokkal több korrekciós ciklusra is szükség van a mérési adatok relatív kis sűrűsége miatt. A mérési pontok korlátozott száma miatt a mérőfejekkel vagy más módszerekkel végzett mérések másik hátránya, hogy az oldalfelületek és az alámetszések nem vizsgálhatók velük. A hagyományos módszerek több darabból álló szerkezetek egyben történő vizsgálatára sem alkalmasak. Ez komoly hátrány, mivel a felületek egymással bezárt szöge és a fényforrás relatív helyzete kritikus fontosságú. Az egyetlen megoldás a több mérési műveletből származó méretek egyesítése jelentené, ami viszont többletmunkát jelent és további lehetőséget ad a hibára.
Kezdeti mintavételezés és szerszámkorrekció tomográfiával
A röntgensugárral működő komputertomográfiánál a munkadarab a röntgenforrás és egy CCD-kamerához hasonlóan működő detektor közötti tengelyen helyezkedik el. A detektor a röntgenképet 2D-s digitális képpé alakítja a további feldolgozáshoz.
A Werth TomoScope egyedülálló módon kombinálja a gyakorlatban bevált koordináta méréstechnikát és a komputertomográfiát. A megoldás előnye, hogy az eredményül kapott µm nagyságú precíziós mérési adatok a munkadarab összes részletét feltárják és különböző módokon elemezhetők. A pontfelhők általában STL-hálóként állnak rendelkezésre, amely szerkeszthető és egyszerűen optimalizálható. Herbert Layher és Mark Waschitschek számára gyorsan egyértelművé vált, hogy ez a módszer nem csupán a műanyag alkatrészek vizsgálatához ideális, , hanem ahogy a Werth javasolta, a fröccsöntő szerszámok korrekciójához is. „Mindketten gyakorló mérnökök vagyunk és fel akartuk használni a fröccsöntő szerszámok gyártásában és a fröccsöntésben megszerzett tudásunk. Emiatt soha nem volt célunk az, hogy tisztán mérési szolgálatók legyünk. A Vema vállalatnál alkalmunk volt bemutatni, hogy a CT ideális eszköz a fröccsöntő szerszámok korrekciójára.”
A gyakorlatban ez így zajlik: tapintós mérés helyett Werner Veser elhozza a fröccsöntött alkatrészt a HeMa-CT telephelyére, ahol röntgensugárral vizsgálja a TomoScope gépben. A 3D pontfelhőből létrehoz egy STL-fájlt, ami azután összehasonlítható az eredeti CAD-adatokkal. A színkódolt megjelenítésnek hála az eltérések egy pillantással áttekinthetők.
„Ha a darab a megkövetelt tűrésen belül található, az adatok bekerülnek az elsőminta-darab mérési jegyzőkönyvébe, és nincs több dolgunk.” mondja Mark Waschitschek. „Ha eltéréseket találunk, pontosan meg tudjuk mondani, hol kell változtatni a fröccsöntő szerszámon. Ebben az esetben külső partnerünk, a CAD és mérési specialista Carlos Machado segítségét kérjük.” Werner Veserrel szorosan együttműködve Carlos Machado feldolgozza a Werth TomoScope gép által létrehozott STL-adatokat. A korrigálandó területeket visszafejti saját CAD/CAM rendszerével, rekonstruálja a korrigálandó eltéréseket és beilleszti az optimalizálandó részeket az eredeti fröccsöntő szerszám CAD-fájljába. A megoldást a következő példával szemlélteti: „Ha egy darabnak kereknek kellene lennie, de ovális alakkal hagyja el a fröccsöntő gépet, átviszem a térbeli eltéréseket a fröccsöntő szerszám másik oldalára.
Ez kompenzálja a hibát és a következő darabot már kerek alakúra készíti a fröccsöntő szerszám.” A Vema már korábban is használta ezt az elvet, ám nem ilyen pontossággal. Ennek oka az, hogy mérőfejes méréssel csak század annyi mérési pontot lehet felvenni, mint amennyit a CT elfogadható időn belül rögzíteni képes. Werner Veser igazán elégedett a HeMa-CT és Machado együttműködésével.
Fokozott minőség és időmegtakarítás
Külön nagyra értékeli azt, mennyire egyszerű a saját dolga a folyamatban. „Ha korrigálni kell a fröccsöntő szerszámot, létrehozok egy új CAD-fájlt, amit beolvasok és átviszek a saját CAM-rendszerembe, majd létrehozom a szerszámpályákat a fröccsöntő szerszám korrekciójához. Eddig a fröccsöntő szerszámokat egy lépésben optimalizálni tudtuk, amivel növeltük a minőséget és időt takarítottunk meg.”A Vema vállalat megközelítőleg másfél éve támaszkodik a HeMa-CT és a Werth komputertomográfia segítségére. Veser a műanyag szivattyúk fedelének elemzésére is innovatív megoldást használ. Így magyarázza: „A komplett térfogat meghatározásra kerül röntgen segítségével. Ez annyit jelent, hogy a megfelelő szoftverrel a porozitást és a szívódási üregeket is meg tudjuk találni. Ezzel fontos információkat kapunk a fröccsöntési eljárásról, és reklamáció esetén bizonyítani tudjuk alkatrészeink minőségét ügyfeleink felé.” Azoknak a vállalatoknak, akik nem engedhetnek meg maguknak egy saját TomoScope gépet, ám saját maguk kívánják végezni a méréseiket és elemzéseiket, Herbert Layher a következőket tanácsolja: „Szerezzenek be egy számítógépet, rajta az offline WinWerth mérőszoftverrel. Ennek költsége csupán töredéke a komplett rendszerének. Mi pedig elküldjük az STL-fájlokat, amiket azután saját maguk elemezhetnek.”
Forrás: Werth Messtechnik GmbH.
