Studium Przypadku

Śruby kulowe NSK przeznaczone do napędów serwoelektrycznych dużych pras do proszków metali

By  | 

Dzięki serii śrub kulowych S-HTF NSK wiodący producent pras, firma Osterwalder AG, mogła po raz pierwszy zastosować w swoich większych maszynach napędy serwoelektryczne zamiast standardowych napędów hydraulicznych. W rezultacie nowe systemy – takie jak Osterwalder OPP 2000, wielopoziomowa maszyna o sile nacisku 2000 kN – zużywają ok. 80% energii mniej niż ich hydrauliczne odpowiedniki o równoważnej mocy wyjściowej. Dodatkowo elementy prasowane są produkowane ze znacznie wyższą dokładnością wymiarową, co redukuje ilość prac wykończeniowych oraz istotnie obniża koszty procesowe i materiałowe.

Firma Osterwalder z siedzibą w Lyss ( Szwajcaria) opiera się na 130 latach doświadczeń w zakresie innowacyjnych rozwiązań inżynieryjnych. Firmowe prasy do proszków metali są wykorzystywane w coraz większej liczbie zastosowań na całym świecie, włączając w to produkcję elementów przekładni samochodowych i narzędzi do obróbki metali, takich jak wiertła czy wymienne płytki skrawające – wszystkie te części mogą być produkowane w dużych ilościach. W procesie prasowania delikatny proszek stopu metali jest wtłaczany w matrycę i formowany pod ciśnieniem. Następnie tzw. ”green body” – tak nazywany jest produkt pośredni – jest spiekany w celu osiągnięcia pożądanych właściwości w zakresie twardości, odporności na zużycie i precyzji konturów.

Stopniowa zmiana technologii

Obecnie firma Osterwalder oferuje szeroki asortyment maszyn, a wraz z prasami elektrycznymi CA-SP Electric i CA-HM Electric, zaprezentowanymi ok. 5 lat temu, wprowadziła na rynek kompletnie nowy typ technologii napędów. Znana jako Direct Drive Technology (DDT), technologia napędu bezpośredniego wykorzystuje napędy serwoelektryczne i śruby kulowe NSK, zastępując dominującą dotychczas w tym obszarze technologię napędów hydraulicznych.

Dzięki technologii DDT proces wytłaczania zapewnia obecnie większą precyzję, ponieważ zmienne pomiarowe indukcji elektrycznej i kryteria regulacji są łatwiejsze do określenia i programowania niż w przypadku napędów hydraulicznych. Dodatkowo śruby kulowe oferują większą sztywność niż siłowniki hydrauliczne, które wykazują tendencję do zmiany pozycji związaną ze ściśliwością mediów płynnych. Elementy wytwarzane za pomocą serwoelektrycznych pras do proszków metali są bardziej jednorodne, a ich właściwości materiałowe mogą być regulowane z większą precyzją.

Początkowo w serwoelektrycznych napędach bezpośrednich pras CA-SP Electric i CA-HM firma Osterwalder AG używała śrub kulowych z serii HTF NSK, które zapewniają bardzo wysokie prędkości przesuwu w połączeniu z wyższą precyzją i sztywnością. Jednocześnie przenoszą ekstremalnie wysokie siły osiowe i charakteryzują się minimalnym zużyciem nawet w warunkach dużych obciążeń i szybkich cyklów pracy – typowy czas sekwencji produkcyjnej prasy proszkowej wynosi 3 sekundy.

Od serii HTF do S-HTF

Koncepcja napędu DDT sprawdziła się w ciągu ostatnich pięciu lat, początkowo w przypadku maszyn o sile nacisku do 160 kN, a następnie do 640 kN. W rezultacie wyposażenie większych pras w tę technologię stanowiło dla firmy Osterwalder kolejny logiczny krok. Jednak seria HTF firmy NSK i porównywalne śruby kulowe innych producentów osiągnęły w tym miejscu swoje limity pod względem nominalnego okresu eksploatacji.

W ramach stałego programu rozwojowego firma NSK opracowała w międzyczasie serię śrub kulowych S-HTF, która okazała się niezwykle przydatna dla firmy Osterwalder. Śruby kulowe S-HTF oferują bowiem wyższą obciążalność dynamiczną, zachowując te samy wymiary, co przełożyło się na znaczne wydłużenie okresu eksploatacji.

Tak pożądaną charakterystykę wydajności osiągnięto poprzez zastosowanie zastrzeżonego przez NSK materiału, który nie tylko jest odporny na wysokie obciążenia, ale także – dzięki specjalnej obróbce cieplnej – oferuje optymalną proporcję pomiędzy twardością a wytrzymałością. Zastosowanie materiału TF (Tough Force) gwarantuje oprócz innych korzyści to, że twarde zanieczyszczenia i wtrącenia na powierzchni bieżni zostaną wygładzone po wielokrotnym przetoczeniu, nie powodując wgnieceń czy występów.

Testy wytrzymałościowe przeprowadzone w laboratorium NSK wykazały, że technologia TF zastosowana w serii S-HTF zapewnia trzykrotne wydłużenie okresu eksploatacji, jak również wyższą o 30% nośność dynamiczną w porównaniu do serii HTF już oferującej bardzo wysokie wartości parametrów w stosunku do konkurencyjnych śrub kulowych.

Światowa premiera nowej prasy do proszków metali

Korzystając z zalet śrub kulowych S-HTF, firma Osterwalder zorganizowała światową premierę maszyny OPP 2000, swojej pierwszej, serwoelektrycznej prasy do proszków metali o sile nacisku 2000 kN.

Mówi Michael Sollberger, menadżer produktu i lider zespołu konstrukcyjnego:

”Możemy teraz realizować doskonałą dynamiczną kontrolę ruchu oferowaną przez napęd serwoelektryczny w wyższym zakresie mocy i spełniać wymagania klientów pod kątem wysoko precyzyjnej produkcji bardziej złożonych geometrii. Osiągamy dokładność pozycjonowania rzędu 1 µm i przesuw w ramach określonych profili ruchu. To znacząco poprawia jakość produktu i minimalizuje potrzebę poprawek ze strony użytkownika.”

Według firmy Osterwalder nowa wielopoziomowa prasa jest idealna do ekonomicznej produkcji szerokiego zakresu produktów, włączając w to komponenty silników, części do elektronarzędzi i wyposażenia kuchni, jak również pręty węglikowe. Poza wspomnianymi wcześniej zaletami użytkownik korzysta także ze znacząco zredukowanych wymagań konserwacyjnych i niewielkich rozmiarów prasy. Co więcej, zużycie energii większych pras, takich jak OPP 2000, to tylko 20% zapotrzebowania wymaganego przez prasy hydrauliczne w zależności od rodzaju części. Dla użytkowników nowych maszyn taka oszczędność to przekonujący argument, ponieważ typowy klient firmy Osterwalder wykorzystuje do 50 pras proszkowych.

Napęd zapewniający rozwój technologiczny

Postęp dokonany przez firmę Osterwalder jasno pokazuje, że innowacje w systemie napędowym mogą zapewnić skokowy rozwój technologii produkcji.
Warto zauważyć, że NSK dostarcza firmie Osterwalder również łożyska toczne wymagane do osiowego podparcia śrub kulowych S-HTF – wybór stanowią łożyska kulkowe skośne wzdłużne z serii TAC. Łożyska te zostały opracowane specjalnie dla tego typu zastosowań i – w szczególności w odniesieniu do maszyn precyzyjnych – są zwykle instalowane jako kompletne zestawy do podparcia osiowego komponentów ruchu liniowego.


Zdj. 1. Ruch liniowy pras do proszków metali produkowanych przez Osterwalder AG jest realizowany za pomocą śrub kulowych.

Zdj. 2. Firma Osterwalder używa śrub kulowych z serii NSK-HTF w prasach o nacisku do 640kN.


Zdj. 3. Seria S-HTF charakteryzuje się wyższą nośnością dynamiczną i wydłużonym okresem eksploatacji.

Zdj. 4. W śrubach NSK S-HTF wgniecenia i występy są wygładzane poprzez powtarzalne przetoczenia.

Zdj.5. OPP 2000 to pierwsza wielopoziomowa prasa o sile nacisku do 2000 kN wyposażona w napęd elektryczny zamiast hydraulicznego. Fot: Osterwalder AG


Zdj.6. Łożyska kulkowe skośne wzdłużne z serii TAC są wykorzystywane do przenoszenia sił osiowych w serii śrub kulowych S-HTF.

O NSK Europe
NSK Europe Ltd. jest europejskim oddziałem japońskiej firmy NSK produkującej łożyska z siedzibą w Tokio. Firma została założona w 1916 r. i zatrudnia obecnie około 31 tys. osób na całym świecie. Produkty i rozwiązania oferowane przez tego dostawcę dla firm przemysłowych i motoryzacyjnych można znaleźć wszędzie tam, gdzie wykorzystuje się elementy związane z ruchem. Oprócz prawie wszystkich typów łożysk tocznych, portfolio firmy obejmuje zespoły łożyskowe w obudowach, technologię liniową, łożyska piast kół, łożyska przekładni i silnika oraz układy kierownicze. Firma pragnie osiągnąć perfekcję we wszystkich swoich działaniach biznesowych. Jej celem jest bycie liderem w swojej branży pod względem jakości, do czego dąży poprzez ciągły proces doskonalenia, rozwoju optymalnego produktu, optymalizację procesów produkcyjnych i proklienckie nastawienie procesów obsługi.
www.nskeurope.pl

NSK Polska Sp. z o.o.
Ul. Migdałowa 4/73
02-796 Warszawa
Nawrocka Agnieszka
Phone : +48 22 6451525
Fax : +48 22 6451529
nawrocka-a@nsk.com


 

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *