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

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) 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.

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

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