Большие изменения на рынке черных металлов в последние годы оказали глубокое влияние на производство арматуры. В отличие от прошлых лет, когда производство стали ориентировалось на строго ограниченные региональные рынки сбыта, в настоящее время производители стали конкурируют между собой на мировом рынке. В частности, для промышленности строительной арматуры это означает, что при ее производстве должны применяться различные мировые стандарты, в то время как в прошлом региональный стандарт был зачастую единственным, соответствие которому было необходимым. В дополнение к этому, чтобы быть конкурентоспособным на мировом рынке, каждый арматурный пруток должен иметь идентификационный знак производителя, который обычно включает в себя комбинацию пропусков и расширений ребер. Жесткая международная конкуренция требует одновременно повышения качества продукции и снижения производственных затрат на каждой отдельной ступени производства.
Чтобы достигнуть таких результатов, необходимо иметь соответствующее оборудование. В маркировании арматурных прутков таким оборудованием являются вальцефрезерные станки со следующими характеристиками. gФункциональная универсальность, отвечающая всем настоящим и будущим требованиям рынка в отношении формы поперечных канавок в ручьях валков, маркировки валков и расширения ребер.
● Высокая точность, гарантирующая постоянство характеристик и высокое качество конечного продукта.
● Максимальная автоматизация производственного процесса, обеспечивающая сокращение ручного труда на этой операции.
● Сокращение рабочего времени, позволяющее избежать риска производственных потерь.
НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ВАЛЬЦЕФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Во второй половине девяностых годов на рынок поступили вальцефрезерные станки нового поколения. Эти новые станки, характеризующиеся использованием компьютерного ЧПУ, быстро заменили старые вальцефрезерные станки, основанные на механической трансмиссии. Преимущества станков с компьютерным ЧПУ состоят в высоком уровне автоматизации процесса, а также в больших потенциальных возможностях компьютерного управления. В частности, можно перечислить следующие особенности.
● В старом механическом станке настройка станка на каждый тип ребра или размер требовала много времени, в частности для перемещения и регулировки редуктора. Современные станки с компьютерным ЧПУ снабжены легкими интерфейсами для быстрого и безопасного выбора типа ребра и его параметров в соответствии с потребностям заказчика. Некоторые интерфейсы также снабжены средствами автоматической проверки параметров, чтобы избежать любой возможной ошибки оператора.
● Станки с компьютерным ЧПУ обычно могут автоматически обрабатывать большое количество ручьев. Это означает, что на больших валках с несколькими ручьями станок может работать непрерывно, переходя от одного ручья к другому без вмешательства оператора даже при различных расстояниях между ручьями.
● Станки с механической трансмиссией имели большие ограничения в применении, также они могли исполнять не все типы ребер. Например, было невозможно нарезать канавки в ручьях с количеством ребер, кратным числу заходов. Эти ограничения абсолютно исключены в новых станках с компьютерным ЧПУ.
● Однако одним из самых важных результатов появления станков с компьютерным ЧПУ является то, что они могут гарантировать исполнение всех специальных параметров, требуемых новыми маркировками, в частности пропуск и расширение ребер. Вальцефрезерные станки с компьютерным ЧПУ обычно работают в соответствии со схемой
Канавки производятся вращающимся резцом: объединенное вращение инструмента и валка обеспечивает нарезку спиральных канавок, в то время как их число и угол наклона зависят от соотношения скорости вращения инструмента и валка. Обычно компьютерное ЧПУ работает по четырем осям: вращения инструмента, вращения оправки и двум горизонтальным осям. При таком управлении станок может автоматически распознавать число заходов, и, если число канавок делится на него, резец автоматически позиционируется в канавке после каждого поворота валка. Благодаря компьютерному управлению по продольной оси станок автоматически выполняет переход с ручья на ручей и нарезку канавок даже при различных расстояниях между центровыми линиями ручьев. Безусловно, все возможные комбинации расширения и пропуска ребер для нанесения маркировки легко выполняются. Обычно в этих станках резец имеет точно такую же форму, как и ребро в конце обработки. Во время процесса обработки резец движется вдоль радиальной оси с постоянной скоростью, то есть с одинаковым приростом за каждый оборот валка.
Таким образом, слой удаляемого материала будет постоянным для каждого прохода (рис. 2). Мы можем сразу отметить, что одним из недостатков этого способа обработки является то, что максимальный объем материала удаляется резцом на последнем проходе, то есть по всей глубине канавки. Но именно этот последний проход обеспечивает окончательную обработку поверхности канавки: другими словами, резец работает в наихудших условиях именно тогда, когда необходимо обеспечить наилучшее качество поверхности. На практике величина подачи инструмента, одинаковая на каждом проходе, ограничивается на этой последней стадии, даже если на предыдущих этапах она могла быть намного больше. На основании изложенного выше очевидно, что эти новейшие станки обладают потенциалом по отношению к требованиям нового рынка. Однако еще остается возможность для усовершенствований и оптимизаций процесса резания. Конечно, эти цели могут быть достигнуты, только если они опираются на правильную стратегию, основанную на обмене техническими новшествами, или, более точно, на реальном сотрудничестве между изготовителем станка и его конечными пользователями для лучшего понимания ключевых моментов во взаимосвязанных операциях и восприятия новых и сложных запросов. Стимулом к разработке компанией ATOMAT новой технологии резания AL-CUT® SYSTEM послужил запрос об изготовлении валков для прокатки арматурного прутка диаметром 80 мм, а также тесное сотрудничество с операторами станков.
ОПТИМИЗАЦИЯ НАРЕЗКИ КАНАВОК: НОВАЯ СИСТЕМА AL-CUT®
Новая система нарезки канавок AL-CUT® была разработана в процессе модернизации вальцефрезерного станка AT 820 E CNC с целью его приспособления для нарезки канавок в ручьях валков при производстве 80-миллиметрового арматурного прутка. Конечно, традиционным подходом к этой проблеме было бы сфокусировать внимание на усилении компонентов станка и увеличении времени обработки. Именно этот последний пункт был проанализирован в сотрудничестве с операторами станка. Фактически, в случае концентрических ребер время обработки всегда больше, из-за того что общее расстояние, покрываемое резцом, длиннее, чем в случае серповидных ребер (рис. 3). Новая система резания AL-CUT® базируется на двух принципах: чередующееся резание боковыми кромками резца и переменная скорость подачи резца. В новой системе AL-CUT® в процессе резания инструмент движется аксиально в каждом проходе, работая только фронтальной и одной из боковых кромок.
Резцы работают попеременно правой и левой стороной, чтобы уменьшить срезывающее усилие и последующие вибрации. Это достигается изменением положения валка относительно инструмента при каждом проходе благодаря специальной программе. Вдобавок скорость подачи инструмента может постепенно изменяться от начала обработки канавки к концу. Таким образом, скорость подачи инструмента будет наиболее подходящей для каждого прохода нарезки канавки: максимальной, когда инструмент начинает операцию и режущая поверхность минимальна, и низкой в конце, когда объем удаляемого материала максимальный и требуется максимальная степень точности. Изменение скорости подачи особенно эффективно в случае концентрических ребер, где время обработки больше и объем удаляемого материала в начале операции очень маленький. В целом преимущества от использования новой системы AL-CUT® следующие:
● более низкие усилия резания при таком же объеме удаляемого материала;
● cущественное уменьшение вибраций инструмента;
● постоянство объема удаляемого материала;
● уменьшение числа проходов, требуемых для получения такой же геометрии канавки, и тем самым сокращение рабочего времени на операцию;
● достижение более высокого качества доводки поверхности;
● больший срок службы резцов. НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Система AL-CUT® была опробована на чугунных валках и валках из карбида вольфрама. На чугунных валках новая система показала превосходные результаты на больших диаметрах, время обработки сократилось на 25—30% по сравнению с обычной системой резания и качество поверхности канавки также было превосходным. Такая же система прошла испытания на валках из карбида вольфрама, и результаты подтвердили ожидаемое сокращение времени операции. Вдобавок нарезка канавок в более твердом материале происходила с неожиданно высокой эффективностью. Обычно для производства арматуры используются валки из марки карбида вольфрама, содержащей 70% WC, то есть пониженной твердости.
Такая марка карбида вольфрама с низкой твердостью (примерно 81 HRA) должна была использоваться потому, что существующие вальцефрезерные станки не способны обрабатывать более твердые материалы. Другими словами это означает, что увеличивается скорость износа валков и в конечном счете возрастают затраты на сами валки и их обслуживание в период эксплуатации. При новой системе резания AL-CUT® режущие усилия уменьшаются благодаря уменьшению поверхности резания. Таким образом, появляется возможность обработки более твердых материалов и снижаются затраты для соответствующих клетей. Станок был опробован для нарезки канавок на шайбах из марки карбида вольфрама с содержанием 85% WC, самой износостойкой марки карбида вольфрама, обычно используемой в валках на последней клети проволочных станов. Однимединственным резцом были нарезаны канавки в 4 ручьях с превосходным качеством поверхности