GYÁRTÁS FEJLESZTÉS

Diagnosztikai és gyártástechnológiai fejlesztések a hazai mezőgépgyártóknál

Lapunk korábbi számaiban bemutattuk a Mezőgépgyártók Országos Szövetségének (MEGOSZ) Tagvállalatai által fejlesztett és gyártott gépcsoportokat. A nemzetközi összehasonlításban is színvonalas hazai gyártmányok az egyedülálló, sokszor szabadalmazott megoldások mellett számos kisebb fejlesztésekkel érnek el versenyelőnyt a mezőgazdasági gépek piacán. Az azonos gépcsoportba tartozó gyártmányok között minőségi különbséget a hatékony digitalizációt támogató, egyedülálló méréstechnikai megoldásokkal, valamint jobb gyártástechnológiával lehet elérni. Nem véletlen, hogy a MEGOSZ tagvállalatai kutatásokra alapozott fejlesztéseket végeznek ezeken a területen is, kihasználva a lézertechnika, vagy a robotizáció egyedülálló lehetőségeit.

 

Napjaink egyik legégetőbb kérdése a környezetünk megóvása. Ennek okán a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Intézetének Fotoakusztikus Kutatócsoportja a gépjárművek károsanyagkibocsátásának vizsgálatát tűzte ki célul.

Az általunk alkalmazott fotoakusztikus spektroszkópia egyre népszerűbb mérési módszer, köszönhetően számos előnyös tulajdonságának, mint pl. a nagy mérési pontosság, gyors válaszidő és a nagyon széles mérési tartomány. Éppen ezért egyre szélesebb körben alkalmazzák, többek között az iparban, az orvostudományban és a környezetvédelemben is. Az eljárás lényege, hogy a vizsgálandó gázkomponens elnyelési hullámhosszára hangolt és a mérőkamra rezonanciafrekvenciájával egyenlő frekvenciával modulált lézer fényével a fotoakusztikus kamrán keresztüláramló gázt átvilágítjuk. A mérendő komponens elnyeli a modulált fényt és így az átvilágított gáz többletenergiára tesz szert, ami periodikus hőmérsékletnövekedést okoz. A gerjesztés hatására kialakuló hőmérsékletváltozás okozta nyomásváltozás pedig már hang formájában, mikrofonnal detektálható. Az ily módon kapott fotoakusztikus jel egyenesen arányos a gáz koncentrációjával. Legújabb fejlesztéseik eredményeképpen lehetségessé vált a módszer alkalmazása a motorok kipufogógázaiban megjelenő gázkomponensek mennyiségének valós idejű meghatározása, üzemi körülmények között.

A MEGOSZ Tagvállalat, az Energotest Kft. (www.energotest.hu), a Contireg Mérnökiroda Kft. és a Szegedi Tudományegyetem konzorciumi együttműködésben, a Széchenyi 2020 program keretében sikeresen elnyert és megvalósított egy GINOP (GINOP-2.2.1-15-2017-00036) pályázatot, amelyben egy új emisszió mérő és monitorozó technológia kifejlesztése történt meg. A projekt célja egy olyan műszer megalkotása volt, amely egyszerre teszi lehetővé az emissziós bázisú motordiagnosztikát, illetve a környezetterhelés meghatározást valós menetkörülmények között. A fejlesztés első szakaszában egy hagyományos fotoakusztikus rendszerrel végezték a méréseket, azonban hamar nyilvánvalóvá vált, hogy ennek a rendszernek a legnagyobb hátránya a mintavételezés, azaz, hogy a teljes kipufogógáz-áramból csak egy kis mennyiség kerül a mérőkamrába. Ez a mérési módszer a kipufogóban fellépő jelentős gázáramlási sebességek mellett nagy mérési hibával terhelt és ezért úgy döntöttek, hogy kísérletet végeznek a korábban már általuk tudományos folyóiratban közzétett, de a gyakorlatban eddig még nem alkalmazott úgynevezett nyitott fotoakusztikus kamra alkalmazására, oly módon, hogy a kamrát a gépjármű kipufogó rendszerébe integrálva megtörténjen a teljes gázáram valós idejű vizsgálata mintavételezés alkalmazása nélkül. Első kísérleteik nem voltak sikeresek, mivel a kamrán áthaladó gázáram olyan mértékű áramlási zajt generált, ami ellehetetlenítette a fotoakusztikus jel érzékelését. Ezért átalakították, „áramvonalasították” a mérőkamrát (1. ábra), illetve a szegedi ELI-Alps kutatóintézettel együttműködve a mérőmikrofont is átalakították, és így a mérőrendszer már alkalmas volt nagy gázáramlási sebességek esetén is a mérésekre. Ezt az új mérőkamra konstrukciót szabadalmaztatták.

  1. ábra: A kifejlesztett nyitott fotó-akusztikus kamra

Ugyanakkor a kipufogóba történő működtetéshez még számos technikai problémát meg kellett oldaniuk, ilyen például a rendszerben keletkező vízgőz kicsapódása, a folyamatosan változó gázhőmérséklet, a nagy áramlási sebesség és ebből származó zaj hatásának kiküszöbölése. Ezenkívül szükséges volt a jármű működési adatait és a mérőműszer által küldött adatokat összehangolni, megfelelő működés közbeni távelérést és a mérőműszer tápellátást biztosítani. A projektben az SZTE a két ipari partnerrel szoros együttműködésben oldotta meg ezeket a feladatokat.

A kifejlesztett rendszer a korábbi műszerekhez képest gyorsabban, pontosabban képes adatokat szolgáltatni a fotoakusztikus működési elvnek köszönhetően. Ez a rendszer a korábbiakhoz képest jelentős előrelépésnek bizonyult, és tesztelhető volt a Közlekedéstudományi Intézetben görgős tesztpad segítségével.

A GINOP projekt eredményeként elkészült egy olyan mérőrendszer mintapéldánya, ami a gépjárműbe helyezhető, a kipufogó rendszerére csatlakoztatható. Megfelelő fényforrás alkalmazásával számos kipufogógáz-komponens koncentrációja valós időben mérhető. Innentől kezdve a fejlesztési tevékenység két irányban folytatódott. Egyrészt az SZTE munkatársai dolgozni kezdtek a mintapéldány komplettírozásán, másrészt kezdetét vette egy olyan nyitott kamrás rendszer kialakítása, ami közvetlenül a gépjárműbe, azaz a kipufogórendszerbe integrálható. Ezt a feladatot is sikeresen megoldották. A kipufogórendszerbe történő beépítéshez lelkes támogatást és komoly szakmai segítséget kaptak a szegedi SZC Csonka János Technikum munkatársaitól, míg a Videoton Holding ZRt. Fejlesztési Intézete az általuk fejlesztett mérőelektronikát alakította át az aktuális mérési követelményeknek megfelelően. Az így elkészült mérőrendszer mintapéldánya a 2. ábrán látható. A gépjármű csomagterébe került a mérésekhez szükséges elektronika. A fotoakusztikus rendszer legfőbb eleme a megfelelően kialakított (1. ábra) nyitott kamra a kipufogó rendszerbe került beépítésre.

  1. ábra: Gépjárműbe integrált mérőműszer (bal oldali kép), valamint a beépített érzékelő elem (jobb oldali kép)

 

Munkájuk eredményeként belátható közelségbe került egy olyan technológia létrehozása, amely egyedülálló lesz a piacon, megnyitva az utat a gépjárművekbe integrálható intelligens vezérlő technológiák fejlesztése irányába. A fejlesztés eredményeként megvalósulhat a megbízható, gyors, közel valós idejű, nagy mennyiségű emissziós adatgyűjtés és -feldolgozás, amelynek fő célpiaca az autó- traktor- munkagép gyárak, a hozzájuk kapcsolódó méréstechnikai kutató-fejlesztő, illetve minősítő intézmények, valamint hatóságok és ellenőrző szakmai szervezetek.

A nagy energiájú lézertechnika gyártásfejlesztésével foglalkozik a Bay Zoltán Kutatóközpont (www.bayzoltan.hu). A Gyártási Divízió Fejlesztési Csoportjának fő tevékenysége az ipari megmunkáló lézerek széleskörű alkalmazása. Immáron 30 éve foglalkoznak a lézersugaras vágás, hegesztés (kis és nagy szériás), hőkezelés témájával, ipari megrendelésekre, K+F területekre és szakmai ismeretbővítésre egyaránt koncentrálva. Az ipari megbízások teljesítésében szerzett tapasztalataik (legyen szó speciális vágásról, hegesztésről, egészen a minőségi eltérések oknyomozásáig) hozzájárulnak ahhoz, hogy kutatóik fémtani, fizikai, anyagtudományi ismereteikkel a kutatás-fejlesztés terén is sikeres megoldásokat alkossanak (pl. speciális ötvözetek előállítása, valamint azok más anyagokkal való együttműködésének hasznosítása).

A mezőgazdaságban használatos munkaeszközök acél alapanyagaira jellemző, hogy azokat a mechanikai tulajdonságok javításának céljából jelentős mértékben ötvözik, amivel a szerszámok, kopó alkatrészek – többek között – jóval nagyobb élettartamúvá válnak. Az említett alapanyagokat, eszközöket hagyományos eljárásokkal nehézkes vagy lehetetlen megmunkálni. A lézersugaras vágás technológiájára jellemző, hogy független a munkaanyagok keménységétől, így azok könnyedén megmunkálhatók.

A lézersugaras vágás mellett az említett anyagok lézersugaras hegesztése is kedvezően hajtható végre a hagyományos hegesztő eljárásokkal szemben. Az iparban használatos technológiák közül a legkisebb hőbevitellel a lézersugaras megoldással hegeszthetők az egyes darabok. Ez kedvezően hat az alkatrészek vetemedésére, illetve keskeny hőhatásövezet alakul ki, így a lehető legkisebb mértékben lágyítja ki az anyagot. A lézersugaras hegesztés különleges, kulcslyuk technológiáját alkalmazva mély, keskeny varratok hozhatók létre, ami még inkább kedvezően hat az említett hatásokra.

Abban az esetben, ha az alkatrészek a használat során sérülnek, a lézersugaras technológia megoldást nyújt a megbízható javításra, a drága gépelemet nem kell újra legyártani. Ehhez az LMD (Laser Metal Deposition) eljárást alkalmazzák, ahol a lézersugár segítségével felhevített, illetve megolvasztott anyagba hozaganyagot juttatnak, ezzel „újjáépítve” a sérült alkatrészeket (3. ábra). A technológia alkalmazásával lehetőség nyílik arra is, hogy egy kevésbé ötvözött alapanyagú acél munkaeszköz felületét kopásálló réteggel lássuk el. Ebben az esetben egy szívós anyag kedvező tulajdonságai a kemény, kopásálló tulajdonságokkal egészülnek ki, aminek köszönhetően azok élettartama nagy mértékben kitolható.

  1. ábra Alkatrész hegesztése lézer technológiával

 

Az egyes gyártási műveleteknél széleskörűen alkalmazzák a korszerű lézer technikát az alábbiak szerint:

 

  • VÁGÁS: Telephelyeiken (Budapest, Eger, Kecskemét) foglalkoznak lézersugaras vágással. A lézersugaras vágást 2, illetve 3 dimenziós térben végzik, Trumpf gyártmányú berendezéseikkel. Jól bevált gyakorlat szerint a Megrendelőnek csupán egy három-dimenziós modellt kell rendelkezésükre bocsátania, mely alapján elkészítik a vágókészüléket, illetve a vágópályát. Rendelkeznek a napjainkban legelterjedtebb (SolidEdge, SolidWorks) tervezőszoftverek mellett, a lézersugaras vágáshoz elengedhetetlen megoldásokkal is (TruTops Cell, RadMax).

 

  • HEGESZTÉS: Lézersugaras hegesztéssel közel két évtizede foglalkoznak az egri és a budapesti telephelyükön. Lézerberendezéseikkel hagyományos és mélyvarratos hegesztés is kivitelezhető. Hegesztés szempontjából problémás anyagok (pl. kis vastagságú vagy eltérő anyagminőségű alkatrészek) esetén is sikeres munkát végeznek. A tapasztalataik nemzetközi szinten is kimagaslóak. A hegesztést követően laborjaikban minőségellenőrzést (4. ábra) végeznek (metszetkészítés után fénymikroszkóppal vizsgálják a varrat geometriáját)

  1. ábra Munkaminőség mikroszkópos ellenőrzése

 

  • HŐKEZELÉS: Jelentős tapasztalattal rendelkeznek pontszerű/lokális, illetve rezgőtükrös megoldással végzett hőkezelésekben is. A technológia alkalmazható nagy méretű, tömbszerű acél alkatrészek edzésekor (pl. csapágytőke). A hőkezelés során (5. ábra) használt lézertechnológiák a kezelt anyagok mechanikai tulajdonságait javítják (pl. keménység, kopásállóság). Amellett, hogy a már ismert tulajdonságjavító hatások ipari teljesítések során célként fogalmazhatók meg, a berendezések ezen képessége további K+F projektek keretében kiaknázható.

 

  1. ábra Lézeres hőkezelés

 

  • MIKROMEGMUNKÁLÁS: Kis méretben történő anyageltávolítás, amely a rendkívül kicsi hőbevitel miatt nagyon jó minőségben végezhető. Például lab-on-chip-ek kimunkálása, implantátumok felületi struktúrálása a hatékonyabb beépülés érdekében. Bonyolult felületi struktúrák létrehozása, kimunkálása, ezzel a felület tulajdonságainak megváltoztatása lehetséges – pl. szín, nedvesítés (Femtoszekundumos lézerrel).

A lézeres technológiákon túl, a Kutatóközpont régóta foglalkozik a fémek más eljárásokkal történő felületkezelésével is. Ezek változatos módszerekkel vihetők végbe az elérni kívánt tulajdonság függvényében. Elektrokémiai úton – akár plazma segítségével – különböző összetételű és tulajdonságú rétegeket választhatunk le fémfelületekre, melyek pl. az anyag keménységének mértékét, kopássállóságát befolyásolhatják. Az alkalmazott eljárások:

  • Elektrokémiai anodizálás: alumínium és ötvözeteire történő kopásálló bevonat létrehozása.
  • Elektropolírozás: különböző acélok, illetve alumínium felületkezelése.
  • Plazma anodizálás (PEO): titán és ötvözeteire történő biokompatibilis bevonat létrehozása.
  • Plazmával történő felületi színezés.
  • Plazma polírozás (PEP): titán és ötvözeteinek felületkezelése.
  • Galvánbevonatok létrehozása (pl. arany, nikkel).

Elektropolírozás révén acélok, valamint alumíniumok felületkezelése, míg plazmapolírozás révén titán és ötvözeteinek felületkezelése valósítható meg.

A felületi- és tömbi anyagfejlesztések területén is számos módszert alkalmaznak:

  • Nagyhőmérsékletű kísérletek végzése különböző kemencékben levegőn, argon atmoszférában és vákuumban.
  • Ultrahangos nanorészecske-szintézis.
  • Szol-gél technológiai eljárások.
  • Nyersanyagok és kritikus nyersanyagok visszanyerése ipari hulladékból.
  • Különböző töltetű mikro- és nano-biopolimer kompozitok előállítása.

Szintén gyártástechnológiai fejlesztéssel forradalmasítja a mezőgazdasági gépgyártásban különösen fontos élhajlítást a PMT Zrt (www.pmtgep.hu), a PMroboT – robotos automatizált élhajlító cellával (6. ábra).

  1. ábra A PMT Zrt. „PMroboT” robotos automatizált élhajlító cellája üzemi állapotban

 

Az ipari termelésben óriási változások történtek az elmúlt néhány évtizedben, mely sokkal bonyolultabbá, összetettebbé teszi a beruházási döntéseket. A régi, alapvetően műszaki követelményeket figyelembe vevő tényezőkön túl nagyságrenddel több, folyamatosan változó szempontot kell értelmezni és átgondolni ma már egy középvállalkozás vezetőjének is, mint tíz-húsz évvel ezelőtt. Óriási a nyomás az innovációra, nemcsak a gépgyártóknál, hanem az üzemeltetőknél is. A termelés bővítés, a termelékenység növelés és hatékonyság javítás a hagyományos módszerekkel ma már nem érhető el. Egy kezelő 8 órát tud termelni heti öt napon keresztül (leszámítva a kieső időket), és ekkor még nem beszéltünk az ipart sújtó munkaerőhiányról, amely cégmérettől függetlenül, így a KKV szektorban is jelen van. A robotos élhajlító cella megoldást jelenthet erre a problémára, hiszen egy automatizált rendszer

napi 24 órát, akár heti hét napon keresztül is képes működni. A fejlesztést utóbbi években felerősödő az automatizált rendszer iránti vevői igény, megkeresés alapján indították.

A részben vagy teljesen automatizált élhajlító gép esetében az alkatrész kezelést (alkatrész felvétel, hajlítási lépések elvégzése, forgatás, alkatrész lerakás) és/vagy az élhajlító szerszám cserét kezelői beavatkozás nélkül automatikusan végzi a rendszer.

Aki ma ilyen rendszert kíván üzembe helyezni – legyen szó a világ bármely pontjáról –, két lehetősége van:

Vásárolhat sztenderd rendszert egy élhajlító gépgyártó cégtől, amellyel egy megfelelően tesztelt, biztos üzemi konstrukciójú megoldást választ, viszonylag rövidebb szállítási határidővel. Ugyanakkor szinte biztos, hogy a késztermék nem felel majd meg teljesen a technológiai követelményeknek, és később egyedi fejlesztésre lesz szükség az üzembe helyezéshez.

A másik megoldás, hogy az adott cég megvásárol egy sztenderd élhajlító gépet, és egy robottechnikával foglalkozó szakcéggel elkészítteti az automatizált rendszert. E megoldás előnye, hogy teljes mértékben a felhasználó technológiai igényeire alakítható, ugyanakkor a fejlesztés időigényes és költséges, nagy hibalehetőséggel. Sztenderd automatizált rendszereket ma a világon csupán néhány vezető élhajlító gépgyártó cég készít. Ezen rendszereknek, habár alapkoncepcióban eltérnek egymástól, egy közös jellemzőjük van, mégpedig a magas

költségvonzat. Ugyanis jelenleg mindenki a nagy, tömegtermelő cégek igényeire fejleszti a rendszereit.

Mindezek figyelembevételével a PMT Zrt olyan automatizált gyártó cellát alakított ki, amely kisvállalkozások részére is megfizethető árszinten van, modulárisan épül fel, azaz később is bővíthető. Univerzális kialakításával a gép használható hagyományos CNC élhajlító gépként is, így olyan kisvállalkozásoknak is előnyös, akiknek van széria és egyedi hajlítási feladata is.

A kifejlesztett berendezés jellemzői:

  1. A technológiai követelményeknek megfelelő, de jelentősen kedvezőbb árú alapgép alkalmazható.
  2. Az „US” (Európai Szabvány szerinti) szerszámrendszer használatát választották az automatizált cellához, az univerzalitása és a kedvező árszintje miatt. Ehhez egy egyedi „grippert” (robotos szerszám megfogót) is kifejlesztettek (7. ábra), mely majdnem az összes „US” típusú szerszám megfogására alkalmas. Kialakították a gripper „WILA” szerszámok (Észak-Amerikában elterjedt szerszám szabvány szerinti eszközök) megfogására alkalmas változatát is, még kedvezőbb árú alternatívát kínálva azoknak, akik ezt a rendszert kívánják használni. De más, kisebb szériában vagy egyedileg gyártott szerszámok megfogására és cseréjére is alkalmas az általunk kifejlesztett rendszer. A szükséges szerszám átalakításokra és a gripperekre nemzetközi szabadalmi bejelentésük van.

  1. ábra Az élhajlító gépre felszerelt robot a gripperrel (robotos szerszám megfogóval)

 

  1. A PMT Zrt gripperes megoldása olyan fejlesztés, amely kevés és egyszerű többletmunkát igényel a szerszámok gyártásakor, tehát csak kis mértékben növeli a szerszámok árát. Akár meglévő szerszámok is átalakíthatóak robotos megfogásra. Alkalmazható mindkettő, a „WILA” és az „US” szerszámrendszer, de kisszériás (csak egy gyártó által használt), valamint egyedi szerszámokhoz is, ezáltal biztosítva a teljes választási lehetőséget a vevők számára.
  2. Az élhajlító gép és a robot egy egységet képez, a robot az élhajlító gépre van felépítve. A rendszer így rendkívül helytakarékos, könnyen áttelepíthető, nem merül fel szinkron probléma, elmozdulásból eredő hiba.
  3. Az élhajlító cella univerzálisan használható, 15 másodperc alatt átállítható automatizált üzemmódról hagyományos CNC élhajlító géppé, és vissza automatizált üzemmódra. Ennek előnye, hogy azon vállalkozásoknak, akik nem engedhetnek meg maguknak több gépberuházást, szükség esetén lehetőségük nyílik azon termékek gyártására is, amelyeket nem lehet (vagy túl költséges lenne) automatizált rendszerrel előállítani. (Például délelőtt gyártják a kézzel hajlítható alkatrészeket, délután pedig működik az automatizált rendszer.)
  4. Az automatizált cella modulárisan épül fel. Az alapegység az élhajlító gép a robotos alkatrész kezelő rendszerrel felszerelve. Emellett kiegészítő felszerelések integrálhatóak, illetve egyedileg a termékekre szabhatóak.

 

További bővítési lehetőségek:

  • Automatizált szerszámcserélő rendszer (gripper, szerszámtár, robotos cserélésre alkalmas szerszámrögzítő rendszer).
  • Alkatrész pozícionáló és fordító egyedileg kialakítva a gyártmányokhoz.
  • Aktív lemezvastagság mérő.
  • Alapanyag tároló és pozícionáló.
  • Késztermék csúszda.
  • Késztermék tároló rendszerek.
  • Egyedi igény szerinti kiegészítők.

Azonos műszaki konstrukciójú termékek esetében versenyelőnyt jelent egy új digitális fejlesztést elindító szenzor és mérőrendszer, valamint modern, egyedülálló gyártástechnológia alkalmazása. Teljesen új konstrukciók kialakítása egyre nehezebb, ki kell tehát használni a gép „okosításának” lehetőségét, a jobb minőséget, nagyobb termelékenységet, pontosságot nyújtó gyártástechnológiai fejlesztések lehetőségeit. A Mezőgépgyártók Országos Szövetsége (MEGOSZ, www.megosz.eu) törekszik olyan közösség kialakítására, amelyben a gyártás fejlesztésével foglalkozó vállalatok, nonprofit szervezetek (egyetemek, kutatóintézetek) együttműködésével a kutatás által vezérelt innovációk tudnak megvalósulni.