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Jul 25, 2023Jul 25, 2023

Fives Liné Machines (FLM), Granby, Que., baute eine Gicamill R-Vertikalportalfräse für die Bearbeitung üblicher Bahnübergänge, allgemein bekannt als Frogs. FLM

Das weltweite Schienensystem ist ein wesentlicher Bestandteil der globalen Lieferkette und wesentlich für die Beförderung von fast 2 Milliarden Reisenden jedes Jahr zu ihren Zielen. Mit fast 90.000 km Schienennetz liegt Russland weltweit an dritter Stelle, nur hinter den USA und China.

Es ist eine enorme Verantwortung, die Züge am Laufen zu halten. Genauso wichtig ist es jedoch, die Gleise in Ordnung zu halten. Und ein wichtiger Teil des Schienensystems ist der Frosch.

Ein Eisenbahnherzstück oder eine gemeinsame Kreuzung ist eine Komponente der mechanischen Struktur der Schienenweiche, die es den Rädern von Zügen ermöglicht, von einem Gleis zum anderen zu wechseln. Ein neues, leichtgängiges Herzstück sorgt dafür, dass der Zug reibungslos auf eine andere Strecke übergeht.

Als das russische Murom Switch Works (MSW) Herzstücke für die neue Eisenbahnlinie Moskau-Kasan, die erste Etappe einer neuen Hochgeschwindigkeitsstrecke in der Russischen Föderation, produzieren musste, wandte es sich an Fives Liné Machines, Granby, Que., und seinem ausgewählten Werkzeugpartner, Iscar Tools, Oakville, Ontario, um den Herstellungsprozess zu entwickeln, der für die Herstellung dieser dringend benötigten Teile erforderlich ist.

Warum Hochgeschwindigkeitszug? Es ist eine einfache Rechnung: Die neue Verbindung Moskau-Kasan wird die Reisezeit zwischen den beiden Städten von derzeit 14 Stunden auf der bestehenden Eisenbahninfrastruktur auf etwa 4 Stunden verkürzen. Da Züge mit einer Geschwindigkeit von etwa 400 km/h unterwegs sind, ist eine reibungslose Fahrt wichtig.

„MSW hat uns aufgrund unserer Ingenieurleistungen und der Maschine ausgewählt, die wir ihnen empfohlen haben“, erklärte Claude Perreault, Marketing- und Kommunikationsspezialist bei Fives Liné Machines.

Bei der Maschine handelt es sich um die vertikale Portalmühle Gicamill R des Unternehmens, die speziell für die Eisenbahnindustrie entwickelt und gebaut wurde.

Die kraftbetriebenen Gleitbewegungen der Maschine werden durch den Einsatz von Wälzlagern erreicht, darunter Gleitführungen aus gehärtetem und geschliffenem Stahl (bis 60 HRC) mit vorgespannten Hochleistungs-Rollenumlauflagern.

Was MSW auch gefiel, war die Tatsache, dass die Maschine keinen Kopfwechsel durchführt.

„Per Definition verringert ein Kopfwechsel die Steifigkeit des Systems“, sagte Adrien Roubenne, Vertriebsleiter bei Fives Liné Machines. „Darüber hinaus verlängern Kopfwechsel die Zykluszeit der Maschine und erhöhen gleichzeitig den Wartungsbedarf.“

Die Portalmühle erfordert keinen Kopfwechsel, was die Zykluszeit verlängern und die Wartungszeit und -kosten erhöhen kann. Iscar-Tools

Das Kopfdesign des Gicamill R verfügt über eine große A-Achse an der Vorderseite des Stößels statt an der Unterseite und ist speziell für die Aufnahme enormer Schnittkräfte ausgelegt. Der 4-Achsen-Fräskopf hat eine Verfahrbarkeit von ±105 Grad. Bei Hausmüll trägt die Verwendung der vierten Achse auch dazu bei, den Bedarf an speziell geformten Fräsern zu reduzieren.

„Der Kopf ist dauerhaft an der unteren Vorderfläche des Hauptgussteils montiert, wodurch die Spindelneigungsposition äußerst steif ist. Der A-Achsen-Antrieb verfügt über ein verfügbares Drehmoment von 20.000 Nm und eine Spindel mit einer Leistung von bis zu 60 kW, also 4.000 Nm und 2.000 U/min“, sagte Roubenne.

Der Motor treibt die Spindel von der Antriebswelle über ein Kegelradgetriebesystem an, das sich im Spindelgehäuse befindet. Das Spindelübertragungssystem wird von der CNC gesteuert, die entsprechend den programmierten Geschwindigkeiten automatisch in den erforderlichen Bereich schaltet. Für maximale Steifigkeit verwendet die Spindel ISO/CAT 60-Werkzeughalter.

„Die Maschine verfügt außerdem über ein kompaktes Design, das aus starren, einteiligen Bett- und Arbeitstischabschnitten besteht, die das Portal tragen. Das vereinfachte Fundament ist kostengünstiger in der Herstellung und gewährleistet dennoch eine bessere Lastverteilung“, sagte Roubenne. „Die robuste und steife Konstruktion bietet die hohe Leistung, die für schwer zu fräsende Materialien erforderlich ist.“

In diesem Fall handelt es sich bei dem Material um eine anspruchsvolle russische Stahllegierung auf Manganbasis.

Während die ersten drei Schlüsselkriterien für gutes Schneiden (Verständnis des Materials, der Geometrie und der Spindel) die Geometrien, Zähne und Wendeschneidplattenanordnungen der Schneidwerkzeuge bestimmen, helfen die erzeugten Frequenzen auch bei der Definition der Schneidparameter, wie z. B. Schnittgeschwindigkeiten.

„Es ist ein sehr widerstandsfähiges, zähes Material, das während der Bearbeitung gehärtet wird. Die Temperatur reicht von 26–28 HRC auf 40–45 HRC“, sagte Iscar-Verkäufer Christian Meunier. „Es gibt auch Unterschiede in der Dicke, die entfernt werden muss.“

Um die richtigen Werkzeuge für die Bearbeitungsvorgänge auszuwählen, begann das Technikzentrum von Iscar mit der 2D-Zeichnung des Teils. Es war sehr wichtig, den Bezugspunkt und den Radius der Schiene zu kennen, da sie die meisten Abläufe des Schneidvorgangs und dessen Durchführung bestimmten.

Anschließend produzierte das Unternehmen eine Reihe von Spezialwerkzeugen zur Bearbeitung der einzigartigen Oberflächen des Teils, einschließlich der Anpassung an das Profil der Schiene. Mehrere seiner Standardwerkzeuge waren in der Lage, die anderen Oberflächen zu bearbeiten, die keine spezielle Form erforderten.

„Neben dem Profil der Schiene und der Härte des manganbasierten Materials müssen wir auch Abmessungen, Oberflächenbeschaffenheit und Werkzeugstandzeit berücksichtigen“, sagte Meunier.

Der 4-Achsen-Fräskopf der Maschine verfügt über eine Verfahrbarkeit von ±105 Grad, wodurch der Bedarf an speziell geformten Fräsern verringert wird. FLM

Zu Beginn des Projekts startete Fives ein Angebot zur Auswahl eines Partners für Schneidwerkzeuge. Dieses Angebot wurde an die wenigen Unternehmen geschickt, die in der Lage waren, Werkzeuge für die Maschineneinrichtung und -teile bereitzustellen und auch in der Lage waren, den Endbenutzer in Russland zu unterstützen.

Die Wahl fiel teilweise auf Iscar, weil man sich der Bedeutung der für das Projekt in Russland erforderlichen Unterstützung bewusst war, aber auch aufgrund seiner Erfahrung in der Bahnindustrie.

Die Eisenbahnindustrie ist ein großer Abnehmer von Schneidwerkzeugen, die eine Vielzahl sowohl standardmäßiger als auch maßgeschneiderter Optionen benötigen.

Die Bearbeitung von Eisenbahnteilen stellt sowohl für Hersteller als auch für Hersteller von Schneidwerkzeugen eine Herausforderung dar, die mit einer Vielzahl von Einschränkungen zu kämpfen haben, wie etwa relativ große Werkstückgrößen, komplexe Strukturen und ein kompliziertes Endprofil. Dies, zusammen mit der Notwendigkeit, große Materialmengen zu entfernen, eine vorhersehbare Werkzeuglebensdauer zu haben und hohe Wartungskosten zu vermeiden, macht den Prozess zu einer Herausforderung.

Als das Ingenieurteam von Iscar die richtigen Werkzeuge und Einsätze für jeden Arbeitsgang auswählte, wurden viele Parameter berücksichtigt, wie etwa der Materialtyp und die Leistungseigenschaften der Werkzeugmaschine, einschließlich ihrer Spannvorrichtungen.

„Das Design der Schneidwerkzeuge und Wendeschneidplatten ist sehr wichtig, um Rattern zu vermeiden. Programmiermethoden (Definition von Geschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe) sind ebenfalls wichtige Faktoren, die die Fräser zum Vibrieren bringen können“, sagte Roubenne.

Bei vielen Vorgängen zur Bearbeitung von Eisenbahnteilen werden rotierende Werkzeuge eingesetzt, insbesondere bei Fräsfunktionen.

Beim Fräsen werden aufgrund des hohen Volumens an abgetragenem Material Wendeschneidplattenfräser mit verlängerter Spannut (sowohl konische als auch profilierte) verwendet. Als Alternative zu großen Fräsern mit verlängerter Nut kann jedoch auch eine modulare Konfiguration mit Aufsteckfräser verwendet werden.

Laut Daniel Durand, Iscars regionalem Vertriebsleiter für Quebec, verfügen die an den Herzstücken von MSW verwendeten Fräser über tangential geklemmte Einsätze, die die Gesamtfestigkeit der Werkzeuge verbessern und zu einer höheren Zahndichte beitragen, was die Produktivität steigert.

„Diese speziellen Teile erfordern Werkzeuge, die eine gute Spanabfuhr ermöglichen, und bei dieser Maschine werden die Späne mit einem Luftstoß entfernt“, sagte Durand.

Dabei wird kein Kühlmittel verwendet, sondern nur ein Luftstoß, aber die Fräser von Iscar Tools verfügen über tangential eingespannte Wendeschneidplatten, die die Gesamtfestigkeit der Werkzeuge verbessern und zu einer höheren Zahndichte beitragen, was die Produktivität steigert. FLM

Iscar hat die Wendeplattengröße und den Fräser so gewählt, dass die größtmögliche Masse erreicht wird. Dies erfordert einen großen Adapter- und Fräserdurchmesser sowie große Wendeschneidplatten.

„Die gewählten Wendeschneidplattenformen, positiven Spanwinkel, Wendelspirale und Spanbrecher helfen uns, die Späne bei diesen Bearbeitungsvorgängen zu kontrollieren“, sagte Meunier.

Die Befestigung des Teils muss außerdem stabil genug sein, um eine Vibrationsquelle während des Schneidvorgangs auszuschließen. Fives hat die Spannvorrichtungen so konzipiert und angeordnet, dass sie die volle Kapazität der Maschine und ihrer Werkzeuge nutzen können.

„Die Werkstückspannung ist sehr wichtig“, sagte Roubenne. „Der Erfolg hängt von der Kombination aus Werkstückhalterung, Schneidwerkzeugen, Programmiermethode und Maschine ab. Wenn die Werkstückhalterung Vibrationen erzeugt, wird die Oberflächenqualität beeinträchtigt und die Lebensdauer der Fräser verringert, was angesichts der Kosten nicht akzeptabel ist.“ diese großen Werkzeuge und die Anzahl der benötigten Einsätze.“

Die am Fives-Standort Granby gebaute Maschine führte Testschnitte an einigen tatsächlichen Teilen des Kunden durch. Während Iscar beim ersten Test die erforderliche Bearbeitungszykluszeit erreichte, werden weitere Werkzeugkonstruktionen und Tests durchgeführt, um die Produktivität und Werkzeuglebensdauer bei MSW zu erhöhen, wenn die Maschine bereit ist.

Im Idealfall wird das Endergebnis dieser Zusammenarbeit eine reibungslose Fahrt für russische Reisende sein.

Herausgeber Joe Thompson ist unter [email protected] erreichbar.

Fives Line Machines, www.fünfsgroup.com

Iscar Tools, www.iscar.ca

Murom Switch Works, https://aomsz.ru