Filtratie in CNC hold-down vacuümtoepassingen
De manier waarop we gereedschappen gebruiken en ontwikkelen is in de loop der eeuwen geëvolueerd. Productiebedrijven werken nu met geavanceerde gereedschappen en apparatuur om meer hoogstaand werk te verrichten; veel daarvan vereisen autonome precisie. Eén specifiek type apparatuur, de CNC (Computer Numerical Control) machine, heeft een behoorlijke evolutie doorgemaakt sinds zijn ontstaan. Tegenwoordig zijn CNC machines, zoals CNC frezen, CNC draaibanken, CNC lasers, CNC routers, 3D printers en nog veel meer, overal in de industrie te vinden. Dit artikel bespreekt de methoden van vacuüm hold-down in CNC toepassingen en filtratieoplossingen om de vacuümapparatuur te beschermen die wordt gebruikt in vacuüm hold-down processen.
Vooruitgang in bewerkings- en freesprocessen
Bewerking van materialen zoals metaal, hout, kunststof en koolstofvezel maakt de productie van precisieonderdelen voor verschillende industrieën mogelijk. Vanaf de jaren 40 begon de opkomst van NC machines (numerieke besturing). Deze servogestuurde bewerkingsmachine is geprogrammeerd om een reeks bewerkingsfuncties uit te voeren om een onderdeel te produceren. Vroeger gebeurde dit met ponskaarten. Ponskaarten zijn harde papieren kaarten met een serie geponste gaten om bewegingen van de machine door te geven of te "programmeren". Naarmate het computertijdperk opbloeide, nam ook het programmeren, coderen en besturen van deze bewerkingsapparatuur toe.
Een CNC ponskaart (of "ponskaart"). Er worden gaten in de kaart geponst om computerinstructies of programma's te definiëren.
De dag van vandaag worden CNC machines algemeen gebruikt in productiefaciliteiten. Samen met technologische vooruitgang voor het aansturen van machineactiviteiten zijn er andere methoden ontwikkeld zoals het hold-down proces voor onderdelen die worden bewerkt. Vroeger werden onderdelen mechanisch vastgeklemd op een tafel terwijl ze werden bewerkt en getransformeerd tot een afgewerkt onderdeel. Een uitdaging bij deze methode is de mogelijkheid om materiaal te beschadigen terwijl het fysiek op zijn plaats wordt geklemd. Zelfs met het gebruik van beschermende pads of materialen is er kans op krassen en beschadiging van onderdelen omdat er aanzienlijke druk nodig is om te voorkomen dat materialen bewegen tijdens het bewerken. Slippen en bewegen van het te bewerken materiaal kan leiden tot veel herbewerking of afval en hoge kosten met zich meebrengen voor een fabrikant. Een andere uitdaging, vooral bij de productie van producten op maat, is dat klemmen het bewerkingsproces kunnen hinderen. Wanneer het gereedschap over de tafel beweegt, kan het tegen klemmen stoten. Dit kan kostbare schade aan het gereedschap of klemmen veroorzaken.
Vacuüm hold-down in CNC bewerkings- en freestoepassingen
Bij de meeste moderne bewerkingstoepassingen bestaat er een vorm van vacuüm hold-down waardoor mechanische klemmen niet of nauwelijks nodig zijn. Stel je voor dat je een stofzuiger tegen je handpalm houdt, de zuigkracht houdt het mondstuk strak tegen je hand. Hetzelfde principe geldt voor de vacuüm hold-down dat gebruikt wordt bij CNC bewerkingstoepassingen.
De hold-down tafel bestaat uit een vlak geperforeerd tafelblad met een raster van kleine gaatjes over het hele oppervlak. Met behulp van een vacuümpomp wordt er vacuüm toegepast aan de onderkant van de tafel waardoor er luchstroom en zuiging ontstaat bij de gaten. Met een vacuümpompsysteem met de juiste afmetingen is de zuigkracht sterk genoeg om platte materialen stevig op de tafel te houden. Dankzij deze enorme houdkracht kan een onderdeel worden gesneden of bewerkt zonder te bewegen. Zodra het vacuüm is verbroken of verwijderd, kunnen de onderdelen van de tafel worden verwijderd. Een nadeel van deze hold-down methode is het beheer van de luchtstroom door de perforaties. Als er te veel gaten open zijn op het tafelblad, zal het systeem niet het vacuümniveau bereiken dat nodig is om materialen op hun plaats te houden tijdens het bewerkingsproces. Effectief tafelbladbeheer vereist aanpassingen voor en tijdens de productie om ervoor te zorgen dat er voldoende vacuüm beschikbaar is tijdens de gehele bewerkingscyclus.
CNC bovenfreesmachine met grote vacuümtafel in een houtbewerkingsbedrijf.
Een andere veelgebruikte methode maakt gebruik van een vacuümpan. Bij deze methode heeft de pan een specifieke vorm die past bij het profiel van het onderdeel dat wordt vastgehouden. Een dichting wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat het bewerkte onderdeel stevig in de vacuümpan wordt vastgehouden. Deze methode is veel gerichter daar de vacuümdruk geconcentreerd wordt op het specifieke onderdeel of de serie onderdelen. De pan vereist meestal een veel lagere flow van een kleinere vacuümpomp omdat het oppervlak veel kleiner is en het gebied dat vacuüm nodig heeft heel specifiek.
Uitdagingen op het gebied van filtratie in CNC hold-down vacuümtoepassingen
Alle vacuüm hold-down methoden vormen een uitdaging voor het meest kritische onderdeel in dit bewerkingsproces: de vacuümpomp. Zonder werkende vacuümpomp is er geen hold-down en geen productie. Wanneer een vacuümpomp op verminderde capaciteit draait, kunnen operators te maken krijgen met hoge percentages afval en frustraties over het halverwege de cyclus uitvallen. Beide scenario's zijn slecht nieuws voor operators.
Terwijl de materialen gesneden of bewerkt worden, ontstaan er deeltjes zoals stof of schaafsel die naar de vacuümpomp worden gezogen door de openingen in de geperforeerde tafel of pod. De meeste bedrijven die vacuüm hold-down toepassen, beseffen hoe belangrijk het is om de vacuümpomp te beschermen en te onderhouden. Een storing van de vacuümpomp kan een hele productielijn stilleggen en leiden tot dure reparaties.
Van rechts naar links: heavy-duty voorafscheider om grote CNC houtdeeltjes te verwijderen, nadien een polyester deeltjesfilter voor fijne deeltjes.
Hoe bescherm je jouw vacuümpomp en houd je de productie draaiende? Om deze vraag te beantwoorden is het belangrijk om het proces te begrijpen. Ten eerste, welk materiaal wordt er gesneden of bewerkt? Ten tweede, welk type vacuümpomp wordt er gebruikt (technologie, debiet, vereist vacuümniveau, etc.)? Ten derde, zijn er nog andere toevoegingen zoals snijvloeistoffen in het bewerkingsproces? Nadat alle voorgaande vragen zijn beantwoord, kan een vacuümsysteem op maat met de juiste filtratieoplossing worden geleverd.
CNC frezen met vacuüm hold-down worden vaak gebruikt in de houtbewerkingsindustrie. Vrijwel elk meubelstuk heeft panelen of frames die door een CNC machine uit hout of een spaanplaat zijn gesneden. CNC bewerking en vacuüm hold-down wordt ook gebruikt voor het bewerken van andere materialen zoals legeringen, schuim, koolstofvezel, hars en vele andere. Bij alle materialen ontstaan er procesresten tijdens het bewerkingsproces die in de vacuümstroom worden getrokken. Afhankelijk van het materiaal dat bewerkt en/of gesneden wordt, is er een verschil in de consistentie van het afval. Hout creëert bijvoorbeeld grotere stofdeeltjes terwijl koolstofvezel veel fijnere deeltjes creëert. Bij het snijden van metaallegeringen wordt meestal een snijvloeistof gebruikt om het proces te ondersteunen, die in de vacuümpomp kan terechtkomen. Gezien de complexiteit en veelheid aan materialen die worden gebruikt in CNC frees- en bewerkingsapparatuur, zal een vacuümsysteem en filtratieoplossing die voldoet aan specifieke procesvereisten helpen de uptime en operationele efficiëntie van het proces te maximaliseren.
Verontreiniging door deeltjes bij vacuüm hold-down
Verontreiniging in de vorm van stof- en poederdeeltjes komt vaak voor bij het frezen van hout en hars. Bij het selecteren van de juiste filtratie voor de vacuümpomp is het noodzakelijk om inzicht te hebben in de grootte en het volume van de deeltjes die ontstaan in het CNC proces. Afhankelijk van het proces en de eigenschappen van de deeltjes kan een enkele inline vacuümfilter de juiste oplossing zijn voor een lichte stofbelasting. Voor zwaardere stofbelastingen kan een geavanceerd meertrapsfiltersysteem met speciale filtermedia vereist zijn. Bij houtfreestoepassingen ontstaan meestal grote hoeveelheden stofdeeltjes die in de vacuümstroom terechtkomen. In dit geval wordt een tweetraps filtratieoplossing aanbevolen. De eerste trap verwijdert grotere deeltjes en verlengt de levensduur van de tweede filter. Er kan bijvoorbeeld een Solberg Spinmeister filter worden gebruikt om het grootste deel van de verontreiniging af te scheiden door middel van centrifugale kracht. Het primaire filter is een traditioneel geplooid filterelement van 5 micron of 1 micron polyester om het fijnere stof op te vangen dat mogelijk voorbij de eerste trap komt.
Van rechts naar links: heavy-duty voorafscheider dat grote deeltjes opvangt vóór een inline vacuümfilter in een CNC toepassing voor houtbewerking.
Materialen die fijnere stofdeeltjes produceren, zoals koolstofvezel, vereisen speciale filtratieoplossingen. Bij het bewerken produceert koolstofvezel een fijn stof dat qua consistentie lijkt op talkpoeder. In toepassingen met een hoge stofbelasting kan dit fijne stof standaard polyester elementen snel verstoppen. Voor deze toepassing is reverse pulse een ideale oplossing om zware verontreiniging door fijne deeltjes tegen te gaan. Het reverse pulse systeem maakt gebruik van een gespecialiseerd filterelement dat is gemaakt van een filtermedium met lage kleefkracht en uitstekende loslaat eigenschappen. Het filterelement is bestand tegen periodieke persluchtpulsen die het opgevangen stof naar een opvangbak sturen. Deze zelfreinigende filtertechnologie zorgt voor een continue luchtstroom tijdens het vacuümproces en verlengt de onderhoudsintervallen. De configuratie kan worden geoptimaliseerd om te pulseren wanneer nodig om het proces draaiende en schoon te houden.
Verontreiniging door vloeistoffen bij vacuüm hold-down
Bij het bewerken van metaallegeringen is het gebruikelijk om snijvloeistof te gebruiken om het gereedschap te koelen. Deze vacuüm hold-down toepassing ziet verontreinigingen in zowel vloeibare als deeltjesvorm. Een meertraps Knockout systeem is over het algemeen de beste aanpak om de verontreiniging door vloeistoffen aan te pakken en de vacuümapparatuur veilig te houden. De meeste meertraps filtersystemen maken gebruik van baffles, snelheidsveranderingen en een deeltjesfilter in de eindfase om te voorkomen dat verontreinigingen in de vacuümpomp terechtkomen. Wanneer de hoeveelheid vloeistof ernstig is of er constant vloeistof moet worden afgevoerd, kunnen automatische afvoersystemen worden toegevoegd om vloeistof uit de knockouttank te verwijderen zonder het vacuümproces te verstoren. Dankzij automatisering hoeft de operator het vloeistofniveau niet te monitoren of de knockouttank handmatig te legen. Automatische afvoersystemen helpen de kans op menselijke fouten te minimaliseren en zijn essentieel voor de bescherming van vacuümpompen in vacuüm hold-down toepassingen waar vloeistoffen aanwezig zijn.
Een inline vacuümfilter om fijne metalen deeltjes op te vangen (midden links) en een vloeistofafscheider om snijvloeistof af te scheiden (rechtsboven) voordat deze in de CNC vacuümpomp terechtkomen.
Conclusie: bescherm uw vacuümpomp
Vacuümpompen spelen een belangrijke rol in CNC productieprocessen. Vacuüm hold-down is een zeer effectieve methode om onderdelen vast te houden als er voldoende vacuüm wordt toegepast. Door de grote hoeveelheden deeltjes en vloeistoffen die vrijkomen tijdens het proces, is het essentieel om de vacuümpomp te beschermen tegen schadelijke verontreinigingen om CNC productieapparatuur draaiende te houden. Alle vacuümpompen zijn gevoelig voor verminderde prestaties en defecten als er voldoende verontreinigingen worden opgenomen. De kosten voor het repareren of vervangen van een vacuümpomp zijn veel hoger dan het implementeren en onderhouden van een filtratieoplossing.
Zoals hierboven beschreven, zijn er veel standaard en aangepaste filtratieopties beschikbaar om elk vacuüm hold-downproces te optimaliseren, ongeacht de uitdaging. Het kiezen van de juiste filtratie en afscheiding voor een vacuüm hold-down systeem kan operators van CNC productiefaciliteiten veel tijd, geld en frustratie besparen. Neem voor meer informatie contact op met Solberg.