Vid tillverkning av metalldelar är problematiska vibrationer vanliga. De påverkar verktygets livslängd och ytfinish, vilket medför betydande tids- och kostnadsökningar för att slutföra arbetet. Vanligtvis hanterar tillverkare av metalldelar vibrationer genom att ställa in suboptimala maskinparametrar eller använda dyra ”vibrationsdämpande” verktyg för att lösa sådana problem. Dessa skärverktyg med avstämd massdämpare (TMD) överför skärverktygens vibrationsenergi till en extra massdämpare i verktygskroppen. Denna energiöverföring minskar vibrationsenergin som genereras av skärprocesserna.
Stödelementen består av gummitätningsringar vars tvärsnitt kan ändras eller justeras för att påverka verktygets styvhet och därmed inställningsfrekvensen. Dessa verktyg är dock dyra – vanligtvis 10–100 gånger dyrare än ett konventionellt verktyg. Dessutom begränsar oljeläckage TMD:s produktlivslängd till 1 eller 2 år, varefter verktyget måste renoveras eller bytas ut. TMD måste också justeras vid varje arbetsskift, innan nya material skärs eller används under andra skärförhållanden (hastigheter, matningar, skärdjup) än vad det föregående jobbet krävde.
Vibrationer är mest framträdande när förhållandet mellan överhängslängd och diameter (L/D) på ett verktyg är högt, vilket ofta krävs för att nå in i djupa fickor, hål eller andra detaljer på den del som bearbetas. När delen roterar runt verktyget (svarvning eller svarvning) eller verktyget roterar runt delen (fräsning eller borrning) uppstår vibrationer som ger dålig ytfinish och kräver sekundära operationer för att uppfylla specifikationerna.
Med ökat tryck att uppnå produktivitetsmål kan en vibrationsdämpande verktygshållare som fungerar korrekt utan att behöva justeras för varje skift innan nya material skärs ge konkreta fördelar för tillverkare av metalldelar. Denna utmaning blir allt vanligare med den ökade användningen av additiv tillverkning (3D-utskrift), eftersom tekniken kräver längre och mer flexibla verktyg än någonsin för att nå relativt komplexa delar och geometriska egenskaper.
Ett sådant alternativ är en självjusterande massdämpare (STMD) som består av en volframmassa som stöds av polymerskivor inuti hållaren. Skivorna extraherar vibrationsenergi från skärverktygets kropp för att minimera rörelser och neutralisera vibrationer genom att koppla samman verktygsmaskinens motor och skärhuvudet.
När skärkrafter appliceras på verktyget uppstår vibrationer naturligt i ett frekvensband, och STMD:s styvhet justeras automatiskt efter den frekvensen för att maximera massdämpningseffekten.
STMD är eleganta – geniala och lätta att använda – och kan förbättra ytfinishen, påskynda cykeltiden, minska verktygskostnaderna och verktygsbrott (total ägandekostnad), minska skrotkvoten och sänka energiförbrukningen.
Denna plug-and-play-lösning är ett ekonomiskt alternativ till andra verktyg för vibrationsdämpning, som kan kosta upp till 10 000 dollar per enhet, och kan bidra till att minska antalet skadade delar samtidigt som ytkvaliteten förbättras och skärinsatsernas livslängd förlängs, vilket hjälper till att minimera produktionskostnaderna.
Genom att möjliggöra snabbare, effektivare och mer ekonomisk slutförande av jobb jämfört med andra alternativ eliminerar STMD-verktygshållare, tack vare förbättrade matningshastigheter och hastigheter på grund av stabilitet, behovet av omprogrammering eller omkonstruktion av jobb för att kompensera för maskinens ineffektivitet.
STMD kan integreras sömlöst med processer som använder en mängd olika arbetsflöden och CAM-programvarulösningar, eftersom deras elegans gör dem lätta att testa och gör att de fungerar korrekt redan från början, vilket förbättrar genomströmningen.
Hur STMD fungerar
STMD kan vara extremt användbara för att förbättra hastigheter och matningar, eftersom stabiliserade verktyg ger bättre resultat än verktyg med extra, oönskade rörelser. Verktygshållaren absorberar vibrationer med hjälp av en volframmassa som stöds av polymerskivor inuti STMD. Dessa polymerskivor, tillverkade av en patenterad formula, har en frekvensberoende styvhet som gör att de kan reagera och anpassa sig till förändringar i vibrationer. Tack vare sin stabilitet möjliggör STMD längsta och djupaste skärdjup.
STMD är utmärkta exempel på hur fysik och kemi samverkar och löser det komplexa problemet med att kontrollera vibrationsfrekvensen på skärverktyg på grund av förändringar i skärförhållanden, såsom verktygsslitage, slitna fogar och variationer i arbetsstyckets material. Av dessa skäl kräver andra typer av verktygshållare optimerad inställning för att säkerställa deras prestanda, och drift i icke-inställda förhållanden kan förvärra vibrationsproblemet istället för att förbättra det.
När det gäller STMD:s självjusterande egenskaper uppnås dessa genom fjäderelement som justerar styvheten efter vibrationsfrekvensen, vilket löser problemet med frekvensförändringar.
Eftersom alla verktygsmaskiner är olika (stora, små, långa, korta, nya, gamla) gör vibrationer att verktygsmaskinens vibrationsfrekvens blir oförutsägbar, eftersom olika verktyg vibrerar vid flera frekvenser. För närvarande är massdämpare på skärverktyg svåra att använda eftersom de är inställda på specifika frekvenser eller behöver vridas ofta för att säkerställa effektiv vibrationsdämpning.
STMD-dämpare innehåller däremot polyskivor som ändrar sin styvhet beroende på vibrationsfrekvensen. Vid hög frekvens är styvheten hög och vice versa. Skivorna möjliggör självjusteringsfunktionen på massdämpare, som automatiskt anpassar sig efter maskinens förhållanden.
Om driftstopp eller omarbetning på grund av verktygsslitage och frekventa stopp av maskiner för att återställa dämpare är faktorer att ta hänsyn till, kan STMD vara ett förnuftigt alternativ till andra vibrationdämpande tekniker.
De kan också vara användbara när verktygets överhängslängd är en faktor, eftersom ett enda verktyg kan hantera både korta och långa överhäng utan att verktyget behöver bytas. Resultatet blir att jobben tar mindre tid och kostar mindre att utföra.
Med svarvning som exempel kan verktyget ställas in för olika längder för bearbetning av olika delar. Ju längre överhängslängden är, desto lägre är vibrationsfrekvensen och vice versa. Verktyget vibrerar med olika frekvenser beroende på överhängslängden, och STMD:er över ett bredare frekvensområde korrelerat med L/D-förhållandet.
Forskning har visat att STMD kan minska cykeltiden med 30 %, sänka verktygskostnaderna med 5–10 %, minska energiförbrukningen med 2–3 % och minska spill med 1–2 %. Även om vissa av dessa procenttal är små kan även de minsta procentuella minskningarna leda till betydande besparingar med tanke på den stora volymen bearbetningsoperationer.
Dessutom är skärprocessparametrarna (hastigheter och matningar) konservativa eller begränsade när risken för instabila variationer måste beaktas. När STMD-tekniken används är vibrationer inget problem.
Dessutom, när höghastighetsbearbetning orsakar flera frekvensvariationer på skärverktygen, justerar STMD:er sig själva för att dämpa höga och låga frekvenser, så att det blir möjligt att skära framgångsrikt vid höga hastigheter och matningshastigheter.
Förutom att tillverka användbara produkter är vi stolta över det stöd vi ger till programmerare och tillverkningsingenjörer.
Faktum är att vår responsivitet är en av de saker som skiljer oss från andra leverantörer av vibrationsdämpande lösningar. Om du uppger din maskintyp och maskinens konfiguration kan vi hjälpa dig med användningen av STMD:er. I de flesta fall svarar vi inom 24 timmar, eftersom vi förstår vikten av att leverera produkten i tid, enligt specifikationerna och inom budget.
Genom att använda våra STMD:er istället för alternativa verktygshållare får du en hjälpsam partner istället för bara ännu en leverantör.
Läs mer om våra möjligheter genom att ladda ner våra bearbetningstestdata och vitbok som förklarar prestandan hos STMD:er och olika förhållanden.
Vår historia
Idén till MAQ STMD kom från Qilin (uttalas CHILL-in) Fu, vår tekniska chef, när han var doktorand vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Han studerade hur vibrationer påverkade bearbetningen och insåg att det fanns möjligheter till förbättringar.
Ett genombrott skedde 2015 när Qilin använde befintliga polymerer för att noggrant mäta en polymers frekvensberoende styvhet. Han upptäckte att vissa polymerer har en avsevärt ökad styvhet när frekvensen ökar.
Till slut kom ett forskarteam, där Qilin ingick, fram till att en grupp polymerer med en specifik fysikalisk struktur och kemi skulle ha den nödvändiga frekvensberoende styvheten för massdämpare.
Företagsnamnet MAQ kommer från de tre grundarnas förnamn – Mihai Nicolscu, Amir Rashid och Quilin Fu.
Hur vi kom till är ett utmärkt exempel på hur grundforskning i ett akademiskt laboratorium kan leda till en fantastisk affärsidé och ett blomstrande företag.
Om du har problem med vibrationsdämpning, berätta det för oss så sätter vi vår expertis i arbete för dig.