Technologia mocowania próżniowego

Pozioma siła mocowania systemu mocowania próżniowego — czyli siła przeciwdziałająca siłom ścinającym podczas obróbki — zależy od trzech czynników:

Fh = A × Δp × μ

• A: obszar mocowania poddany ewakuacji w procesie uszczelnienia
• Δp: poziom podciśnienia, tj. różnica ciśnień między powierzchnią zaciskającą a otoczeniem
• μ: współczynnik tarcia między urządzeniami mocującymi a przedmiotem obrabianym, zależny od rodzaju materiału

Każda różnica ciśnienia wynosząca 100 mbar powoduje powstanie siły mocowania pionowego wynoszącej około 1 N/cm². W zależności od materiału i połączenia powierzchni typowe współczynniki tarcia wynoszą od około 0,2 do 0,5.

Ponieważ siły obróbki w praktyce działają głównie równolegle do powierzchni przedmiotu obrabianego, pozioma siła mocowania jest zazwyczaj czynnikiem decydującym przy projektowaniu systemów mocowania próżniowego. Oblicza się ją poprzez pomnożenie pionowej siły mocowania przez odpowiedni współczynnik tarcia.

Przykład praktyczny: Przedmiot obrabiany z aluminium o obszarze zaciskania 600 cm² jest zaciskany do stołu mocującego Matrix-Plate z wyspami tarcia (μ = 0,25) przy poziomie podciśnienia wynoszącym 800 mbar. Wynikowa siła mocowania w płaszczyźnie poziomej wynosi 1 200 N — jest to wystarczające do osiągnięcia wydajności skrawania wynoszącej około 400 cm³/min podczas obróbki zgrubnej.

Podane wartości mają charakter wyłącznie poglądowy, ponieważ rzeczywista wydajność obróbki osiągnięta w praktyce może się znacznie różnić. Nawet stępione narzędzia, duże prędkości posuwu lub niekorzystne parametry skrawania mogą znacznie zwiększyć siły obróbcze

Systemy mocowania próżniowego składają się z kilku współdziałających ze sobą części składowych służących do generowania, rozprowadzania i monitorowania podciśnienia.

Urządzenia mocujące próżniowe stanowią bezpośredni punkt styku z przedmiotem obrabianym. W zależności od aplikacji stosuje się na przykład stoły mocujące Matrix-Plate, przyssawki podciśnieniowe lub płyty mocujące, które do zasysania przez próżnię wykorzystują podciśnienie.

Próżnia jest wytwarzana elektrycznie lub pneumatycznie. W zależności od aplikacji i wymagań procesowych stosuje się systemy o wysokim poziomie próżni lub wysokim natężeniu przepływu. W niektórych przypadkach generatory próżni są również wyposażone w separatory cieczy lub układy sterowania oszczędzające energię.

System uzupełniają akcesoria i elementy dodatkowe, takie jak elementy pozycjonujące i ograniczające, systemy monitorowania podciśnienia, przewody oraz elementy do dystrybucji podciśnienia.

Technologia mocowania próżniowego nadaje się do przedmiotów obrabianych o wystarczająco gładkiej i zwartej powierzchni styku, która pozwala na utrzymanie stabilnej próżni. Metoda ta jest niezależna od rodzaju materiału i ma szeroki zakres zastosowań.

Sprawdziła się ona szczególnie skutecznie w procesie obróbki drewna i szkła. Podczas obróbki szkła równomierna siła trzymania zapobiega powstawaniu lokalnych szczytów naprężeń, które ze względu na kruchość materiału mogą prowadzić do mikropęknięć lub pęknięć.

W obróbce drewna unika się uszkodzeń spowodowanych miejscowymi siłami mocowania mechanicznego. Jednocześnie stosunkowo niskie siły mocowania podciśnieniowego są wystarczające dla wielu materiałów drewnopochodnych, co pozwala na skrócenie czasu konfiguracji i elastyczną obsługę przedmiotów obrabianych.

W procesie przetwórstwa tworzyw sztucznych równomierny rozkład siły zapobiega odkształceniom i chroni wrażliwe powierzchnie przed śladami ucisku.

W obróbce drewna systemy stołów konsolowych, stołów kratowych i zagnieżdżanych umożliwiają szybkie i elastyczne zaciskanie materiałów płytowych o dużej powierzchni, na przykład w produkcji mebli. Krótki czas konfiguracji i duża elastyczność stanowią zalety w przypadku obróbki przedmiotów obrabianych o zróżnicowanej geometrii.

Mocowanie podciśnieniowe oferuje również korzyści w przypadku cienkościennych lub o dużej powierzchni przedmiotów obrabianych z aluminium lub innych metali nieżelaznych. Przedmioty można mocować bez wypaczeń, bez bocznych elementów mocujących ograniczających dostęp do narzędzia lub lokalnych sił mocowania powodujących odkształcenia.

Siła trzymania, jaką można osiągnąć, zależy bezpośrednio od szczelności całego układu. Tylko wtedy, gdy między przedmiotem obrabianym a powierzchnią mocującą istnieje wystarczająco szczelne uszczelnienie, można wytworzyć wymaganą próżnię i utrzymać ją na stałym poziomie podczas obróbki.

Nawet niewielkie przecieki lub szczeliny prowadzą do strat ciśnienia, a tym samym zmniejszają siłę trzymania, jaką można uzyskać. Ma to szczególnie negatywny wpływ na niezawodność procesu w przypadku dużych sił obróbczych lub obciążeń dynamicznych.

W przypadku materiałów porowatych, powierzchni o silnej teksturze lub bardzo małych obszarach styku możliwości uzyskania wystarczającej próżni mogą być dodatkowo ograniczone. Przedmioty obrabiane o głębokościach powierzchni lub nierównościach przekraczających około 0,1 mm wymagają zatem zazwyczaj dostosowanych krawędzi uszczelniających lub specjalnych powierzchni styku, aby osiągnąć wystarczające siły trzymania.

W technice podciśnieniowej współczynniki przecieków określa się jako natężenie przepływu w l/min. Nawet niewielkie przecieki mogą obniżyć osiągalne podciśnienie poniżej minimalnej wartości wymaganej do procesu zaciskania.

Jeśli w rezultacie samo mocowanie podciśnieniowe okaże się niewystarczające, można przeprowadzić adaptację strategii obróbki — na przykład poprzez zmniejszenie sił obróbczych lub zwiększenie efektywnego obszaru mocowania, np. poprzez wycięcie przedmiotu obrabianego z półfabrykatu na późniejszym etapie.

Alternatywnie mocowanie można dodatkowo wzmocnić za pomocą ograniczników mechanicznych lub dodatkowych elementów mocujących.

W przeciwieństwie do urządzeń mocujących mechanicznych technologia mocowania próżniowego nie wywiera sił punktowych, lecz zapewnia równomierną siłę trzymania na całej powierzchni. Jest to szczególnie korzystne w sytuacjach, gdy lokalne szczyty naprężeń mogłyby prowadzić do wypaczeń przedmiotu obrabianego, odchyleń wymiarowych lub uszkodzeń powierzchni.

Ponadto cała powierzchnia przedmiotu obrabianego pozostaje dostępna, ponieważ nie ma wymogu stosowania żadnych bocznych elementów do zaciskania. Umożliwia to obróbkę z pięciu stron w jednym ustawieniu, co zmniejsza liczbę etapów procesu.

Rozłożone przyłożenie siły ma również efekt tłumienia drgań. Może to poprawić jakość obróbki, szczególnie w przypadku cienkich lub niemagnetycznych przedmiotów obrabianych z aluminium lub tworzyw sztucznych.

Ponadto systemy mocowania próżniowego można elastycznie dostosowywać do różnych wymiarów przedmiotów obrabianych. Umożliwia to skrócenie czasu konfiguracji i ekonomiczną produkcję, szczególnie w przypadku produkcji małoseryjnej.

W przeciwieństwie do technologii mocowania magnetycznego, mocowanie próżniowe nie ogranicza się do materiałów ferromagnetycznych. Można je stosować do drewna, szkła, tworzyw sztucznych, aluminium i innych metali nieżelaznych – wszędzie tam, gdzie wymagane jest mocowanie bez uszkodzeń i przy niewielkich odkształceniach.