Témata
Reklama

Jak správně zvolit chlazení pro obráběcí stroj

Během třískového obrábění se teplota v místě řezu pohybuje v rozmezí od 650 do 800 oC. Při použití klasického chlazení se část chladicí kapaliny přemění v páru, která následně brání přístupu nové kapaliny, a tak není zaručen potřebný chladicí a mazací účinek. Jednou z variant eliminace těchto nežádoucích vlivů je správné použití vysokotlakého chlazení v kombinaci s volbou vhodného řezného nástroje.

Dříve než se začneme zabývat samotným chlazením, věnujme několik slov otázce volby mezi tzv. mokrým obráběním a obráběním za sucha, o kterém se v poslední době hodně hovoří především v souvislostech s kvalitou a opotřebováváním nástrojů. Hlavním argumentem pro "suchou cestu" je to, že v okamžiku, kdy je nástroj zasažen chlazením, dochází k výraznému teplotnímu šoku. Tento efekt je zvláště patrný při frézování, kdy se nástroj během celého obrábění otáčí. Například při otáčkách 1000 min-1 tak dochází až k 1000 extrémních výkyvů teploty, které nástroj poškozují více než samotná vysoká teplota. U soustružení není tento problém tak závažný. Jedná se o 3 až 4 záběry třísky za minutu, tedy o teplotní šoky ve stejném počtu. U soustružnických operací je proto konvenční chlazení většinou naprosto dostačující.
Zcela opačným případem je vyvrtávání hlubokých děr, kde o možnosti obrábění za sucha nelze ani uvažovat a běžné chlazení většinou nestačí. Důvodem je to, že při obrábění v omezeném prostoru (jakým je vyvrtávání hlubokých děr) je potřeba dostat přes nástroj do místa řezu tolik chladicí kapaliny, aby zcela vyplnila vrtaný otvor a tím se v něm vyrovnal tlak. Pokud by se kapalina začala odpařovat, vytvoří kolem řezného místa bariéru, tím zabraňuje přísunu nové kapaliny a v místě řezu dochází k přehřátí. Kromě toho je nutné z vrtaného otvoru okamžitě odvádět vznikající třísky, jinak může dojít k závažnému poškození nejen nástroje, ale např. i vřetena. To jsou důvody, proč u chladicího média přecházet k vyšším tlakům i větším objemům. V dalších odstavcích si ukážeme, že vysokotlaké a velkoobjemové chlazení je značně výhodné i v případě jiných, náročnějších, především frézovacích operací.
Reklama
Reklama
Reklama

Vysokotlaké a velkobjemové chlazení

Při obrábění kovů se až devadesát sedm procent energie přemění na teplo a teplota v místě řezu dosahuje 650 až 800 oC. Při takto vysoké teplotě se každá běžná chladicí kapalina začne rychle měnit v páru, která začne bránit přísunu nové kapaliny. Kromě dalšího nárůstu teploty to má za následek zhoršení či úplnou ztrátu mazání, nárazy odlétávajících třísek do řezné hrany nástroje a poškození nástroje i celého obrobku. Konvenční chlazení navíc většinou nelze dobře nasměrovat a v některých případech až ve 40 % doby vůbec nezasahuje ani nástroj, ani obráběný díl.
Řešením těchto problémů je správně aplikované vysokotlaké chlazení, doplněné používáním vhodných nástrojů. Dostatečné množství vysoce stlačené kapaliny přivedené do řezné zóny dokáže odvést všechno vznikající teplo, a proto ke vzniku páry nedochází vůbec, nebo jen ve velmi malém množství. Velký objem kapaliny navíc zajistí dobré mazání a odstraní třísky. Díky tomu nedochází k žádnému poškození nástrojů, pouze k jejich běžnému opotřebovávání. Proud kapaliny je navíc přesně nasměrován do žádaného místa, což umožňuje přímou a okamžitou kontrolu celého procesu.

Jaké tlaky a objemy jsou nejvhodnější?

Obecně lze říci, že pro většinu operací jsou dostatečné tlaky okolo 70 bar (7 MPa), některé náročnější dílčí operace však vyžadují tlaky ještě vyšší. Chceme-li přesně stanovit, jaký tlak a jaké množství chladicí kapaliny je nejvhodnější pro konkrétní typ výroby, musíme se řídit velikostí používaného nástroje a okamžitým výkonem nástroje při provádění konkrétní operace. Vodítkem mohou být přibližné relace uvedené v tabulce.
Optimální spotřeba řezné kapaliny při jednotlivých technologiích
Abychom ukázali, jak velký vliv mají tyto dva parametry, tj. průměr nástroje a jeho okamžitý řezný výkon, na účinnost chladicího systému, uvádíme dva grafy, ve kterých vystupují jako modelové příklady následující chladicí systémy:
  • chladicí systém od výrobce - běžný nízkotlaký chladicí systém s fixním nastavením tlaku;
  • JV 8 - 1000 - chladicí jednotka americké firmy ChipBlaster s programovatelnými tlaky 14 - 70 barů;
  • EV 2000 - chladicí jednotka ChipBlaster, programovatelná v rozmezí tlaků 14 - 140 barů;
  • GV 20 - chladicí jednotka ChipBlaster, operující v intervalu 14 - 70 barů, vhodná pro kombinovaná obráběcí centra a programovatelná na základě většího počti parametrů a s řadou dalších vylepšení.
  • Stálé versus proměnlivé nastavení průtoku

    Rozhodneme-li se, že si ke svému stroji pořídíme vysokotlakou chladicí jednotku, zbývá ještě zamyslet se nad tím, zda si vystačíme s variantou s pevně daným konstantním průtokem, nebo zda dáme přednost jednotce s možností nastavitelného průtoku.
    Pumpy systémů s pevně nastaveným průtokem se otáčejí konstantní rychlostí a výsledný tlak závisí na velikosti použitého nástroje. Tyto systémy jsou vybaveny regulačním ventilem, který udržuje maximální povolený tlak. Pokud se v dané chvíli obrábí malými nástroji, přebytečná chladicí kapalina odtéká přes tento ventil pryč a zůstává nevyužita.
    Naproti tomu systémy s nastavitelným průtokem jsou konstruovány tak, aby udržovaly konstantní tlak bez ohledu na to, jaký nástroj je použit. Větší nástroje nebo větší počet nástrojů vyvolají větší průtok, malé naopak menší průtok. Obě tyto varianty mají pochopitelně svá pro a proti.
    Poněvadž instalace, programování i samotná obsluha chladicích jednotek s proměnlivým průtokem jsou poměrně složité a řadu zákazníků dokážou odradit, firma ChipBlaster vyvinula systém automaticky proměnlivého objemu (Automatic Variable Volume), který má patentován a kterým jsou vybaveny její jednotky řady JV, EV a GV. Díky tomuto zařízení se objem chladicí kapaliny automaticky nastavuje podle průměru otvoru a obsluha stroje již nemusí sama nic programovat. Zde již také nejsou zapotřebí žádné regulační ventily a chladicí kapalina je využívána vysoce efektivně. To pochopitelně zajišťuje dokonalý odvod tepla, vymytí třísek z místa řezu i dobré mazání. Je prokázáno, že s používáním chlazení vybaveným systémem automatického proměnlivého objemu se navíc výrazně prodlouží životnost filtrů (dokonce až o 200 - 400 %), životnost samotné chladicí kapaliny až o 100 % a eliminuje se vznik teplotních šoků. Ne nepodstatné je rovněž zásadní prodloužení doby, po kterou lze pracovat s danými nástroji, a šetrnost zacházení s pumpou, jejíž cena nebývá marginální.

    Filtrování a magnetická separace třísek

    Účinný chladicí systém by měl správně recyklovat každou kapku chladicí kapaliny tím, že se z ní odstraní starý olej a veškeré nečistoty. Takto vyčištěnou kapalinu lze poté pumpovat zpět do řezné zóny. Aby bylo vyčištění dokonalé, chladicí kapalina by měla být filtrována filtry s průsvitem do 5 µm. Pokud tento ideální stav zajistit nelze, určitě by se neměla přesáhnout horní hranice hrubosti filtru 20 µm. Pokud do nástroje narážejí špony o velikosti řekněme 70 µm, žádný nástroj již dále nebude přesný ani vyvážený.
    Tento problém bývá často nahlížen chybně a provozovatel se domnívá, že nástroj uchrání zvětšením otvoru pro chlazení. To je ale zcela špatná cesta. Jediným správným řešením je zajistit vysokou čistotu kapaliny nasazením vhodných filtrů.
    Firma ChipBlaster se věnovala vývoji i v tomto směru a své chladicí jednotky vybavuje tzv. dvojí filtrací. V okamžiku, kdy se filtr A zanese, jednotka sama přepne na filtr B a dá světelnou či zvukovou signalizací obsluze na vědomí, že jeden z filtrů lze vyměnit. Tuto výměnu lze přitom provést během práce stroje, který k vůli tomu není nutné vypínat. To výrazně přispívá k eliminaci vedlejších časů.
    Při obrábění však od obráběného dílce odlétá 90 % částic, které jsou větší než 20 - 25 µm. Co s nimi? Dobrým řešením je magnetická separace špon, která je rovněž zakomponována do chladicích jednotek ChipBlaster.

    Odsávání par

    Co se týče odsávání par, firma ChipBlaster nabízí produkt nazvaný MistBlaster, který je rovněž plně programovatelný. Po dobu, kdy jsou dveře stroje zavřeny, vytváří MistBlaster malý podtlak, který brání úniku páry ze stroje. Tento podtlak je navíc přesně měřitelný. V okamžiku, kdy pracovní cyklus skončí a vypne se chlazení, MistBlaster zvýší své obrátky a po předem naprogramovanou dobu intenzivně odsává přítomné páry. Díky tomu nedochází v okamžiku otevření dveří k žádnému úniku páry a tím k žádnému ohrožení obsluhy.
    Všechny zmíněné produkty firmy ChipBlaster, včetně speciálních filtrů a nástrojů, jsou v České i Slovenské republice dostupné prostřednictvím zastupující společnosti Technology-support.
    Andrea Cejnarová
    Všechny obrázky, tabulky a grafy naleznete v tištěné podobě časopisu.
    Reklama
    Vydání #5
    Kód článku: 50524
    Datum: 18. 05. 2005
    Rubrika: Trendy / Průmyslové kapaliny
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Nanoaditivace lubrikantů

    Využití nanomaziv v moderních technologiích zaznamenává výrazný pokrok. Nanomazivo je nový prostředek skládající se z částic o velikosti nanometrů rozptýlených v základním mazivu. Použití nanoaditiv ve formě nanočástic má vysokou účinnost z důvodu jejich vysoké chemické a biologické aktivity. Aditivace maziv nanočásticemi je jednou z možných cest k řešení problémů s likvidací bakterií a tím zlepšení biologické, chemické a technologické stability procesních kapalin. V článku je sledován vliv aditivace lubrikantů nanočásticemi oxidu křemičitého (SiO2) na součinitel tření a opotřebení.

    Vlastnosti moderních plastických maziv

    Průmyslová odvětví neustále vyhledávají plastická maziva, jež nabízejí nejkvalitnější technické parametry mazání – lepší mechanickou stabilitu, zvýšenou odolnost vůči smyku a vodě, účinnější ochranu proti korozi a stálý výkon jak při vysokých, tak nízkých teplotách.

    Maziva pro potravinářský průmysl

    Společnost Fuchs vyrábí oleje a maziva už více než 85 let – pro téměř všechny aplikace a odvětví. S více než sto tisíci zákazníky a padesáti společnostmi po celém světě je Fuchs předním světovým nezávislým výrobcem olejů a maziv.

    Související články
    Výzvy při lisování hliníku

    Vzhledem k neustále se zvyšujícím požadavkům na snižování spotřeby paliv automobilovém průmyslu, musí výrobci hledat cesty ke snižování hmotnosti automobilů všech produktových řad. Vedle používání ocelí AHSS a UHSS jsou hliníkové slitiny velmi atraktivní a životaschopnou možností pro výrobce. Novější typy oceli mohou být zpracovány podobným způsobem původně používaným po generace. Hliníkové materiály mají mnoho výhod i nevýhod oproti oceli, které musí být pečlivě zváženy.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Vynález bezolejového technologického maziva

    Před 35 lety v klidné ulici v Evanstonu (USA) vyvinul Art Dampts vůbec první vysoce výkonné bezolejové mazivo pro lisování kovů. Pan Dampts strávil většinu své kariéry ve výzkumném centru IRMCO, které nyní nese jeho jméno.

    Čistící síla pro hydraulické systémy

    Majitelé podniků a provozovatelé strojů neustále hledají nové způsoby, jak zefektivnit produktivitu výroby a zvýšit svou konkurenceschopnost. Údržba hydraulických zařízení se však stále více potýká se znečištěním hydraulického systému kaly a usazeninami. Tyto usazeniny snižují efektivitu práce strojů, způsobují zbytečné prostoje a snižují celkovou produktivitu práce a navyšují celkové náklady.

    MKU_Maziva pro obrábění ozubených kol

    Ještě před několika lety se musela k dosažení optimálního obrobení ozubených kol použít velká paleta různých obráběcích kapalin, situaci navíc komplikovaly různorodé povrchy a tepelné zatížení. Dnes je situace přehlednější. Vhodným výběrem pokročilých obráběcích kapalin lze výrobu ozubených kol významně zefektivnit.

    Mycí stůl pro biologické čištění součástí

    Pro ekologické čištění strojních dílů jsou nabízeny mycí stoly, které čistí na biologické bázi. V jakých případech jsou tyto stoly na mytí součástek vhodné? Co dokážou? A co nedokážou?

    Aditiva s nanočásticemi a vlastnosti procesních kapalin

    Myšlenka, že lze v různých výrobních procesech použít kovoobráběcí kapaliny - Metalworking Fluids (MWF), aby se zajistila kvalita obrobku, snížilo opotřebení nástroje a zvýšila produktivita procesu, je velmi stará. Už Leonardo da Vinci vytvořil několik testovacích sestav umožňujících analýzu tření za různých podmínek.

    Vyvrtávání hlubokých otvorů

    V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

    Efektivní likvidace obráběcích kapalin

    Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

    Nová koncepce dvoupotrubních centrálních mazacích systémů

    Oproti jiným typům ztrátových centrálních mazacích systémů, dále jen CMS, mají dvoupotrubní mazací systémy zásadní přednost v tom, že dávkovače jsou plněny novým mazivem přetlakově. To je předpoklad pro spolehlivé mazání strojů a strojních zařízení.

    Bezpečnost od specialistů: řešení pro leteckou dopravu

    Zazní-li u leteckých společností alarm AOG (Aircraft on Ground), počítá se každá minuta. Jestliže v letecké dopravě vypadne stroj kvůli technické závadě, stojí každá hodina, kdy je supermoderní letadlo mimo provoz, leteckou společnost tisíce eur. A pokud je navíc třeba opatřit náhradní stroj, vznikají dodatečné provozní náklady, letištní poplatky a ztráty. Nároky pasažérů na náhradu nebo smluvní pokuty mohou vyhnat finanční riziko do závratných výšek.

    Simulací ke zlepšení efektu mazání a chlazení

    Optimalizace třískového obrábění moderní metodou simulace strategie mazání a chlazení je dnes podrobena systematickému výzkumu. Použitím simulace procesu třískového obrábění a simulace proudění chladicího média se značně sníží náklady na výzkum a vývoj.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit