Rätt maskin för mikrovattenskärning av högteknologiska keramiska komponenter
Tekniska keramer & mikrovattenskärning – Del 2
Det spanska företaget Nanoker Research S.L. konkurrerade om och vann en CERN-upphandling. De sökte nu världen över för att hitta rätt maskinleverantör. Nonoker är specialister på tekniskt keramiskt material behövde hitta en vattenskärningsmaskin som kunde skära ut små, avancerade komponenter med hög precision. Det sökandet förde dom till Skandinavien.
Hur började samarbetet?
Hösten 2022 kontaktades Water Jet Sweden av Alain Lennquist, VD på KG Fridman AB, den skandinaviska representanten för Nanoker Research S.L. Frågan gällde en prisuppskattning för vattenskärning av detaljer i ett nytt tekniskt keramiskt material det skickades över tekniska specifikationer för delarna som skulle tillverkas.
Tony Rydh, medgrundare och CTO på Water Jet Sweden AB, med mer än 40 års erfarenhet av vattenskärning berättar:
– Vi insåg snabbt att dessa delar behövde skäras med mikrovattenskärningstekniken. Eftersom det är omöjligt att göra beräkningar på ett helt nytt material utan provskärning kontaktade vi en av våra kunder i norra Sverige som har en av våra maskinmodeller som är specialbyggd för just mikrovattenskärning. Med hjälp av dom kunde vi snabbt ta fram några prover och utföra skärtester, förklarar Tony.
Kunden i Norrland hade nyligen installerat en avancerad NCM 10 Micro-maskin utrustad med det nya Alphajet TVL-skärverktyget. Eftersom delarna behövde en kombination av mikrovattenskärning och vinkelkompensering var deras maskin perfekt för uppgiften.
Hur optimerar man vattenskärning för nya material?
Testerna föll väl ut och ett par månader senare återkom Alain Lennquist med en ny uppgift att lösa.
– Den här gången behövde vi vara mer specifika och tog fram ett ”optimerat bearbetbarhetsindex” för deras material, berättar Tony Rydh. Ett mått som används för att klassificera ett material och dess bearbetningsbarhet.
För att ta fram ett optimerat bearbetningsindex börjar du med att identifiera alla tillgängliga verktygsinställningar och processparametrar, t.ex. tryck, sandflöde, typ av abrasivmedel, storlek på safir och fokuseringsrör.
Du skär raka spår där du i små steg justerar en parameter i taget. Inställningen där du skär längt sträcka med finast snitt definierar indexet. Man kan ofta se det med blotta ögat, förklarar Tony Rydh.
Bild: Vänster – Skärtester för att ta fram ett optimerat bearbetbarhetsindex för det nya keramiska materialet. Höger – Exempel på en komponent skuren med mikrovattenskärningsteknik
En annan fördel med indexövningen var att det även gav exakta mätningar av vinkelavvikelsen. Med dessa mätningar kan du beräkna hur mycket vinkelkompensation du behöver för att uppfylla toleranskraven. I ett CAD/CAM-program som är specifikt för vattenskärningar finns TVL-skärtabeller för de vanligaste materialen, men har man ett helt nytt material måste man skapa sina egna tabeller.
Efter att ha tagit fram indexet analyserades varje ritning baserat på startpunkt, ytor som behövde extra fin tolerans eller mindre noggrann ytjämnhet, för att förbereda det mest effektiva skärprogrammet för varje detalj. När ett skärprogram optimeras på detta sätt kommer totala skärtiden att förkortas avsevärt, vilket förbättrar den totala lönsamheten för tillverkningen.
Vem kan leverera en mikrovattenskärning med TAC?
Det finns en del tillverkare av vattenskärningsmaskiner i världen som erbjuder olika typer av ”vattenskärningsmaskiner med mikroskärning”, men efter en del marknadsundersökningar fanns det bara två leverantörer som erbjöd den teknik som krävdes, dvs. äkta FAWJ (Fine Abrasive Waterjet Cutting) med konisk vinkelkompensationsförmåga.
– Det fanns i slutändan två företag, båda från Skandinavien, berättar Alain Lennquist. Därför leddes upphandlingen av oss som är Nanokers representant i Skandinavien. Vi utvärderade också en vattenskärningsleverantör från USA. De har en bra representant i Spanien, men hade inte den typ av produkt som vi behövde. Vi identifierade också ett företag i Schweiz, men där fanns en del oklarheter, så vi bestämde oss för att inte gå vidare, berättar Lennquist.
Alain Lennquist, VD på Nanoker Scandinavian representant KG Fridman AB ledde inköpsprojektet
Fanns det olika tillvägagångssätt för upphandlingen?
De två utvalda leverantörerna utvärderades via testskärningar och tidsstudier. Båda företagen levererade korrekta delar, men på lite olika sätt.
– Det är enkelt att tillverka 4–5 detaljer men att upprepa och göra tusentals detaljer med jämn kvalitet är något annat, förklarar Tony Rydh på Water Jet Sweden. Stora volymer innebär mycket större krav på både maskinen och tillverkningsprocessen, fortsätter Tony.
För att bevisa repeterbarheten av både maskin och skärprocess presenterade Water Jet Sweden en förserie på 400 detaljer istället för bara några få detaljer. Var tionde detalj utvärderades i elektronmikroskop och mätte toleranser i hundradels millimeter och Ra-värde för ytjämnhet, för att säkerställa att kraven uppfylldes.
– När vi skalade upp volymen identifierade vi variationer i materialet. Detta hjälpte Nanoker att finjustera sin egen tillverkningsprocess och få jämnare kvalitet på det keramiska materialet, berättar Tony Ryd.
Vilken blev den bästa mikromaskinlösningen?
Våren 2023 blev utvärderingen klar och valet föll på Water Jet Sweden och en NCM 10 Micro-maskin med Alphajet TVL skärverktyg. Tekniken för Micro vattenskärning med extremt finkornig sand och smal skärstråle utvecklades redan 2009 hos Water Jet Sweden i Ronneby. 2014 lanserade den första mikrovattenskärningsmaskinen från Water Jet Sweden; NCM 10 Micro, en maskin för mycket exakt vattenskärning med små toleranser.
NCM 10 Micro, ett skärsystem med hög precision för fina detaljer och mikrokomponenter
Maskinen NCM 10 Micro har ett antal unika egenskaper jämfört med traditionella vattenskärningsmaskiner:
- Maskinen är konstruerad för just mikrovattenskärning med 230-240 mesh abrasivmedel och fokuseringsrör på 200-400 µ.
- Mjukvarustyrd abrasivmatning som känner av matningshastighet, blockering och kritisk buffertnivå.
- Bordsramen är tillverkad av epoxihartsbetong med extrem styvhet, noggrannhet och absorption.
- X- och Y-rörelserna är utrustade med Renishaw Invar-skala som har extremt låg expansionskoefficient och hög upplösning.
- Maskinen har ett palettskärbord med ett brett utbud av fixtur-möjligheter. Nanoker-maskinen utrustades med en uppsättning fixturramar som vissa av dom är standardtillval idag.
- Vattentanken i rostfritt stål är gummiupphängd för att undvika vibrationer. Den är även utrustad med kylelement för att kunna kontrollera vattentemperaturen.
Alphajet TVL skärverktyg och flexibla fixturramar
Nanokers NCM 10 Micro-maskin är dessutom utrustad med det nya Alphajet TVL-skärverktyget, senaste tekniken för konisk vinkelkompensation.
– Vi är stolta över att ha blivit utvalda som leverantör för det här projektet, säger Tony Rydh. Vi strävar efter att vara det självklara förstahandsvalet för kunder över hela världen som söker lösningar inom vattenskärning där hög kvalitet, högt teknikinnehåll och hög servicestandard är grundelementen.
Under hösten 2023 var det dags att implementera den nya Micro-maskinen i Nanokers fabrik i norra Spanien och att snabbt komma igång med produktionen för att möta volymkraven från CERN. Läs mer om det i nästa artikel: Teknisk keramer och mikrovattenskärning, del 3 – Implementering av avancerad industriell mikrovattenskärning.
https://www.waterjetsweden.com/
