Współczesne maszyny i urządzenia składają się z olbrzymiej liczby części, np. do zbudowania śmigłowca potrzebne są ich tysiące. Od wirnika, przez elementy drzwi, systemy elektroniczne, po niewielkie łopatki, które znajdują się we wnętrzach silników. Proces wytwarzania metalowych elementów (to często obróbka skrawaniem) powoduje, że mają one zadziory, niewielkie ostre fragmenty, które niebezpiecznie wystają poza krawędzie.
Wydawać by się mogło, że to mało znaczący problem: po skaleczeniu wystarczy nalepić plaster i trzy dni później nie ma śladu po ranie. Ale trzeba pamiętać, że w urządzeniach setki czy tysiące części muszą być do siebie dopasowane, a zadziory w tym przeszkadzają. To zresztą nie wszystko – nieusunięty zadzior może odpaść podczas pracy urządzenia. I nawet mała cząstka potrafi uszkodzić mechanizm, jakim jest silnik lotniczy.
– Usunięcie zadziorów ułatwia, często wręcz umożliwia prawidłowe wykonanie operacji obróbkowych, montażowych oraz kontrolnych. Dodatkowo, aby zapewnić prawidłowe działanie części w złożeniu, krawędzie powinny charakteryzować się określonym, zdefiniowanym stanem, muszą mieć odpowiednie sfazowanie (grubość) i zaokrąglenie. Oczywiście usuwanie zadziorów, oprócz aspektów związanych z dokładnością i jakością, istotne jest także ze względów bezpieczeństwa użytkowania wyrobów – mówi mgr inż. Jakub Matuszak z Katedry Podstaw Inżynierii Produkcji Politechniki Lubelskiej.
– Dlaczego postanowiłem się zająć problemem? W ramach projektu Dolina Lotnicza współpracuję z Zakładami Lotniczymi w Świdniku i często je odwiedzam – opowiada doktorant. – Kierownik produkcji opowiedział mi, jak poważnym problemem są zadziory, o tym, że pojawiają się na wszystkich częściach i że ich usuwaniem zajmują się specjalni pracownicy.
Do tej pory funkcjonują bardzo różne metody usuwania zadziorów. W większości przypadków obróbka krawędzi jest dokonywana ręcznie, czyli jest żmudna. I co ważniejsze – kosztowna. Poza tym w przypadku pracy człowieka trudno uzyskać precyzyjne parametry, które są wymagane do prawidłowego działania urządzeń – milimetr potrafi zrobić kolosalną różnicę.
Reklama
Dlatego stosuje się obróbkę zautomatyzowaną. Jedną z metod jest obróbka wibrościerna, której są poddawane mniejsze części. Do pojemnika pełnego kształtek ściernych, np. niewielkich ceramicznych elementów, wrzuca się części z zadziorami. Pojemnik wibruje, a kształtki działają jak papier ścierny. Jednak ta metoda ma swoje niedoskonałości. By jej użyć do konkretnych części, trzeba efekt działania sprawdzać eksperymentalnie, co jest czasochłonne i drogie. Kolejnym problemem jest pozbywanie się odpadów poszlifierskich, czyli produktów ścierania kształtek i przedmiotów obrabianych. Ich przetwarzanie utrudnia to, że często używa się w nich specjalnych środków chemicznych – mieszaniny związków organicznych, kwasów, amin i alkoholi. No i najważniejsze jest, że przy produkcji helikopterów występują duże elementy, których w ten sposób nie można pozbawić zadziorów.
Inną metodą pozbywania się niechcianych zadziorów jest obróbka przetłoczno-ścierna. W tym wypadku medium ścierne, czyli substancję zawierającą elementy ścierne, tłoczy się np. przez otwory przedmiotów obrabianych. Ta metoda sprawdza się szczególnie w przypadku części o skomplikowanych kształtach. Jednak problemem w tym wypadku są wysokie wymagania jakości medium ściernego (np. nieadhezyjność, czyli nieprzylepianie się do obrabianych części) oraz fakt, że trzeba instalować dodatkowe urządzenia chłodzące (w czasie procesu wytwarza się wysoka temperatura).
Młody inżynier z Lublina postanowił zadziorny problem rozwiązać inaczej. Wpadł na prosty, ale bardzo efektywny pomysł. Opracował metodę usuwania zadziorów na obrabiarkach sterowanych numerycznie za pomocą wirujących szczotek walcowych i czołowych o ostrzach sprężystych.
Upraszczając, można powiedzieć, że na tej samej maszynie, na której jest obrabiany materiał, są mocowane specjalne szczotki oczyszczające wycięte krawędzie z zadziorów.– Te szczotki mają włókna różnego rodzaju i innej długości. Jedne są mniej, inne bardziej sztywne – tłumaczy Jakub Matuszak. Zastosowanie włókien różnej długości zapewnia możliwość usuwania zadziorów oraz wygładzania krawędzi. Część włókien uderza z większą energią i usuwa zadziory. – Z kolei włókna części wygładzającej powodują zmniejszenie mikronierówności ukształtowanych przez włókna usuwające i wygładzenie powierzchni przedmiotów obrabianych w obszarach przylegających do zadziorów – tłumaczy Matuszak.
W czasie procesu usuwania zadziorów bardzo ważne są też takie parametry jak prędkość obrotowa, prędkość ruchu posuwowego czy np. kierunek, w którym szczotka się kręci. Dopasowanie ruchów szczotek odbywało się za pomocą specjalistycznych programów komputerowych. Oraz eksperymentów. Aby znaleźć optymalny kąt, pod którym szczotki powinny być nachylone, trzeba było przeprowadzić wiele prób. Czasami można przedobrzyć z parametrami i np. daną krawędź za bardzo zaokrąglić albo zetrzeć zbyt mocno i wtedy może stać się zbyt cienka, a przez to może nie spełniać norm związanych ze stanem krawędzi.
Dlaczego rozwiązanie lubelskiego naukowca jest efektywne? Przede wszystkim nie wymaga tworzenia dodatkowego stanowiska pracy. – Analizy kosztów związanych z występowaniem zadziorów pokazują, że wydatki związane z procesem ich usuwania mogą wynieść nawet 30 proc. ceny wytwarzania danej części. Dlatego że większość operacji związanych z usuwaniem zadziorów jest przeprowadzana w sposób ręczny na stanowiskach ślusarskich – dodaje Matuszak.
Oprócz pieniędzy jego wynalazek pozwala oszczędzić również czas. Obecnie jest on już opatentowany i trwają rozmowy, by używać go przy produkcji śmigłowców w Świdniku.
