Maşini-unelte mai bune: mai puţine vibraţii, productivitate crescută

Îmbinările” inovative ale maşinilor-unelte dezvoltate în cadrul programului PoPJim, finanţat de către UE, poate modifica frecvenţa vibraţiilor care produc pierderi de material şi de productivitate. Industriaşii pot spera la un îndelung căutat maxim de competitivitate, deoarece tehnologia tinde spre comercializare în următorii ani. Testele au arătat, deja, o mărire a productivităţii de două – trei ori pentru anumite operaţii de prelucrare.

Producătorii europeni de mașini-unelte sunt doar la câțiva ani distanță de un salt către o productivitate de înaltă precizie, de personalizarea componentelor complexe realizate în producție de masă.

Proiectul PoPJim a dezvoltat și a testat „mo dule de interfațare a îmbinărilor” (JIM) originale – module care sunt integrate în strunguri și în mașini de frezare, pentru a reduce apariția „trepidațiilor” (defecte generate de vibrații pe suprafața pieselor metalice, care sunt o principală cauză a pierderilor de productivitate).

Trepidația apare în timpul procesului de îndepărtare a metalului din cauza faptului că rigiditatea totală a sistemului de prelucrare nu este optimizată.

După implementarea în condiții industriale, rezultatele proiectului PoPJim vor oferi un pas suplimentar în domeniul productivității și al competitivităț ii producătorilor de mașini-unelte din UE și un pas înainte spre ținta de „zero defecte”.

Repararea unei discontinuităţi

Proiectul PoPJim se adresează unei discontinuități dintre producătorii de mașini-unelte și beneficiarii acestora – producătorii de componente metalice. „În 30 de ani de cercetare nu am văzut nici măcar o singură aplicație comercială din partea producătorilor de mașini-unelte pentru monitorizarea și controlul vibrațiilor într-un mediu industrial” afirmă șeful de proiect,

Profesorul Mihai Nicolescu de la Royal Institute of Technology din Suedia. „Rezolvarea problemei vibrațiilor și a trepidațiilor a fost lăsată în grija utilizatorilor mașinilor-unelte, care au modernizat traductoare pentru a detecta problemele și apoi au ajustat procesul de așchiere – făcându-l, adesea, mai puțin eficient și mai puțin productiv,” explică Nicolescu. Utilizatorii sunt obligați să propună multe compromisuri în cadrul proceselor de prelucrare pentru a satisface solicitările în creștere privind mai multă acuratețe, precizie și complexitate, simultan cu o diversificare crescută a produselor. „Soluțiile actuale sunt sub nivelul optim, dar programul PoPJim oferă soluții de tipul «conectează și produ»”, pentru că diminuarea vibrațiilor permite mai puține modificări ale parametrilor și o creștere a performanțelor și a productivității.” declară Nicolescu.

Soluţii mai rigide

În timp ce o aripă de avion și alte structuri mecanice sunt concepute având în minte rezistența și, în consecință, se pot deplasa în sus și în jos cu o jumătate de metru, o mașină-unealtă este astfel concepută încât să nu se deformeze mai mult de câțiva micrometri. „Mașinile-unelte sunt construite pentru rigiditate și, de aceea, sunt supradimensionate în ceea ce privește rezistența, deși ele au mai multe îmbinări fixe și mobile, în care elementele mecanice îmbinate se pot deforma,” afirmă Nicolescu. Circa 905 dintre deplasările de la mașinileunelte apar în aceste îmbinări și adaugă: „Acestea permit propagarea vibrațiilor, ceea ce poate avea ca efect apariția trepidațiilor și a altor probleme, dar ele pot constitui și noduri pentru amortizarea oricărei vibrații – în felul acesta fiind un loc ideal pentru a amplasa soluții «conceptuale inteligente».” Partenerii au dezvoltat și au testat JIM-uri care sunt fixate între diferite componente ale mașinilorunelte. Modulele permit operatorilor să acordeze vibrațiile – capacitatea de amortizare și rigiditatea întregii mașini, reducând astfel vibrațiile și trepidația. Au fost dezvoltate și testate mai multe tipuri. JIM-urile ,,pasive” se bazează pe inserția unui material – precum un material compozit metalpolimer – în îmbinare, ceea ce îmbunătățește capacitatea de amortizare. Prototipurile de JIM-uri ,,active” includ obiecte de tipul elementelor acordabile piezoelectrice, pneumatice și hidraulice, care au permis modificarea proprietăților de rigiditate și de amortizare ale îmbinării. Piezoelectricitatea este sarcina electrică ce se acumulează în anumite materiale solide, atunci când se aplică solicitări mecanice.

În plus, partenerii au dezvoltat un sistem de rețea fără fir (wireless), „multi-salt,” foarte robustă pentru managementul de la distanță al JIM-urilor multiple, într-un mediu neprietenos și zgomotos din secția de producție.

Avantaje privind competitivitatea

Testarea JIM-urilor pe o mașină cu caracteristici industriale a evidențiat rezultate excelente. Pentru îndepărtarea rapidă de material, o mașină echipată cu JIM-uri a realizat o viteză de așchiere de două – trei ori mai mare, astfel dublând sau triplând productivitatea. În mod semnificativ, aceeași mașină-unealtă a produs, în acele condiții, componente finite de înaltă calitate, cu o rugozitate fără urme de trepidații, conform cerințelor. În mod normal, acest lucru este obținut prin utilizarea a două mașini diferite – ceea ce reprezintă o indicație a potențialelor economii datorate proiectului PoPJim.