Примерно год тому назад фирма WFL Millturn GmbH & Co. KG начала интенсивно тестировать технологию аддитивной обработки, а на выставке EMO в Милане она впервые представила новую опцию — выполнение сварки, наплавки и упрочнения при помощи лазерного луча в комплексе со всеми видами механической обработки за один установ на станке M80 MILLTURN/4500 мм. Итак, можно сказать, что в тему «комплексная обработка» была вписана еще одна глава
Компания WFL Millturn GmbH & Co. KG из г. Линц (Австрия) хорошо известна как изготовитель токарно-сверлильно-фрезерных обрабатывающих центров с ЧПУ, и уже давно завоевала прочные позиции на станкостроительном рынке.
С тех самых пор философией специалистов компании WFL стало стремление как можно лучше адаптировать к потребностям покупателей центры для комплексной обработки с их модульной конструкцией.
Суть концепции станков Millturn фирмы WFL — это желание выполнить за один установ, на одном станке полную обработку изделия, используя самые разнообразные технологии.
И нет ничего удивительного в том, что специалисты из Линца добились столь многого, внедряя аддитивные технологии. «Работая в данном направлении, мы приближаемся к этапу успешного завершения наших разработок. Большей части наших клиентов приходится решать очень сложные производственные проблемы, при которых особое внимание уделяется высокой точности, стабильности повторяемости и надежности технологического процесса. Здесь частенько требуется новаторское, а иногда и революционное мышление», — рассказывает Райнхард Коль, руководитель техотдела фирмы WFL.
«Несмотря на высочайшую производительность станков Millturn, в прошлом, для выполнения отдельных операций было необходимо снять обрабатываемую деталь со станка для последующей обработки на другом участке, а затем вернуть ее обратно на станок для заключительных операций. Такой порядок действий требовался, в первую очередь, в тех случаях, когда после механообработки нужно было выполнить операции по упрочнению, сварку в небольшом объёме или наплавку», — продолжает Райнхард Коль. В качестве примеров он рассказал о деталях, технология изготовления которых предусматривала нанесение на поверхность износоустойчивых слоёв материала, и о зубчатых колесах, чья поверхность после обработки подвергалась упрочнению. Уже достаточно давно специалисты фирмы WFL Millturn GmbH & Co. KG поставили перед собой цель выполнять все подобные операции непосредственно на станке Millturn. При этом тема аддитивной обработки вообще не обсуждалась.
Впервые речь о таком специальном технологическом процессе зашла примерно год тому назад, на одном из тренинг-семинаров фирмы WFL. Цель по ходу дискуссий ставилась такая — понять, являются ли задачи и возможности генеративных технологий актуальными для фирмы, и можно ли будет увязать их с концепцией MILLTURN. В итоге идея сочетания обрабатывающего центра и лазерных технологий была признана целесообразной. «Приоритетом для нас всегда является возможность применения идеи на практике. Речь здесь, прежде всего, идет о создании дополнительных преимуществ для наших клиентов», — объясняет Дитер Шатцль, руководитель отдела маркетинга фирмы WFL. Работа должна стать для клиента более простой и экономически выгодной. В идеальном случае клиент сможет выполнить все этапы обработки на нашем станке», — продолжает господин Шатцль.
Возможности выполнения сварки, упрочнения и наплавки лучше всего представлены на примере технологии порошковой наплавки лазером, включающей в себя все необходимые элементы. Многообразие материалов, которые можно обрабатывать при помощи данного метода, в сочетании с высокой скоростью процесса наплавки создают оптимальные предпосылки для широчайшего спектра применения. Но для начала нужно было выяснить принципиальные вопросы: как поведет себя металлический порошок в станке? Какой из типоразмеров станков можно оснастить такой функцией? Когда выходить на рынок с этой технологией? С какими партнерами можно осилить такой проект?
Лазерная головка для наплавки, разработанная Институтом технологий материалов Фраунгофера (Дрезден), позволила применить новый метод на практике. Она была выполнена в полном соответствии техническим требованиям фирмы WFL. Электропитание подаётся на головку от диодного лазера мощностью 10 кВт. Опционально можно применять лазер с мощностью 40 кВт.
Для выполнения наплавки и упрочнения при помощи лазера на технологическом семинаре фирмы WFL применялась одна и та же головка, так как в обоих случаях требуется высокая направленность и когерентность излучения. Для выполнения наплавки металлический порошок подается через форсунку, позволяющую посредством инертного газа собирать его в определенной точке. В этой же самой точке находится и фокус лазерного луча, что и обеспечивает расплавление металла, который затем застывает. Таким образом, образуются слои. Точно рассчитанное соотношение подаваемой электроэнергии и скорости перемещения лазерного луча, в сочетании с количеством используемого порошка определяет ширину и высоту наплавленного слоя. Инертный газ (который применяется и при традиционной сварке) препятствует процессу окисления, а также одновременно выполняет и транспортную функцию, и является газом-носителем для частичек порошка. Размер частичек порошка находится в переделах 100–150 мкм; то есть они достаточно велики для того, чтобы их можно было отфильтровать при помощи станочного фильтра с тонкостью фильтрации 40 мкм. Такой процесс гарантирует, что избыточные частички порошка не нанесут ущерба работе механизмов станка в долгосрочной перспективе. В зависимости от параметров процесса толщина наносимого слоя может составлять 1,0 мм и более.
Преимущества интегрирования генеративных обработок в обрабатывающий центр очевидны. Изготовление деталей сложной формы, не поддающихся традиционным технологическим процессам, или поддающихся, но с трудом, можно будет увидеть уже в ближайшем будущем. Если речь идет об изготовлении деталей, например, с выступающими элементами, то от крупногабаритных заготовок можно будет отказаться, что снижает долю механообработки. Это экономит время, снижает расходы на инструмент, материалы и позволяет выполнять дальнейшую лезвийную обработку без переустановки заготовки. Этим аспектом вряд ли стоит пренебрегать, если речь идет о дорогостоящих материалах, или материалах, с трудом поддающихся резанию. «В то же время лазерную головку для наплавок можно применять и для закалки. Опционально предлагается еще один вариант — можно выбрать оптику, усовершенствованную для выполнения процесса закалки. Тогда, к примеру, боковые поверхности зуба можно будет подвергать закалке сразу же после фрезерования», — объясняет Райнхард Коль.
Для выполнения лазерной сварки понадобится головка с другой оптикой. Для сварки глубоких зазоров потребуется более узкая фокусировка лазерного луча. С одной стороны, это позволяет добиться большей глубины плавления, а с другой стороны, — максимально сузить зону термического воздействия. Целью данных экспериментов было, например, найти альтернативу сверлению глубоких отверстий. Благодаря этому канал охлаждения можно сначала фрезеровать на внешнем контуре детали, а затем закрыть его с помощью сварки. Такой метод не только упрощает весь процесс обработки, но и предлагает абсолютно новые возможности получения самых разнообразных как внутренних, так и внешних поверхностей. Он также позволит приваривать друг к другу концентрически размещенные детали, которые перед этим параллельно обрабатывались на главном шпинделе и контршпинделе станка.
Электропитание на обе лазерные головки подаётся от одного диодного лазера, а их замена не является трудоемкой. Соответствующая лазерная головка помещается в специальный держатель в станке и присоединяется к электропитанию лазера, находящемуся вне станка. Лазер крепится над призматическим устройством закрепления инструмента WFL. Пять интерполируемых осей станков MILLTURN обеспечивают лазеру широкий диапазон поворота и позволяют обрабатывать даже поверхности свободной формы. В зависимости от типа применяемой форсунки нанесение материала может выполняться вплоть до горизонтального положения. Кроме того, разнообразная форма форсунок-насадок и многообразие комбинаций используемого порошка позволяет добиться различных эффектов при нанесении материала на поверхность.
«В общем и целом мы и далее, используя, в том числе, и наши новые возможности, будем следовать нашей привычной стратегии — определять параметры процесса для каждого конкретного проекта совместно с нашим заказчиком и самым тщательным образом адаптировать всю систему к потребностям пользователя. Только так мы можем достичь оптимального качества и эффективности, которые уже стали привычными для наших заказчиков и которых они ожидают от нас», — пообещал в заключение господин Коль.
Ограждение станка имеет специальные защитные стекла — они обеспечивают безопасную работу оператора и окружения. Лазерной головкой можно оснастить любой из станков MILLTURN.
