Obrábění s minimálním množstvím mazání

Základním principem této technologie je, že při obrábění se k chlazení nástroje a odvodu třísek z místa řezu používá aerosolová směs vzduchu a maziva, ve které je pomocí dýzy rozptýleno minimální množství oleje – obvykle v rozmezí 5 až 30 ml.hod-1 v závislosti na typu operace. Jednak skutečně jde o velice malé množství maziva, jednak při aplikacích v provozu toto mazání probíhá pouze při řezu nástroje, během vedlejších pohybů je vypnuto. Tato funkce je znázorněna na následujícím obrázku.

Přívod MMS média k řezné hraně nástroje může probíhat dvěma způsoby. V prvním případě se aerosolová směs připravuje v agregátu mimo strojní zařízení a následně je vedena již hotová do stroje, pak rotačním přívodem do vřetena a dále až k nástroji (jednokanálový systém). Tento systém je poměrně jednoduchý a vyžaduje jen jeden přívod do stroje.

Ve druhém případě jsou tlakový vzduch a olej vedeny vřetenem odděleně až do směšovací komory, která je těsně před stopkou nástroje, a zde teprve dochází ke směšování (dvoukanálový systém). Tento systém je však složitější, a tedy i nákladnější, ale umožňuje provoz při vyšších otáčkách vřetena, protože vliv působení odstředivých sil na médium je zde prakticky eliminován. Integrovaný ventil s dostatečnou rychlostí a přesností řídí optimální dávkování oleje. Cesta ze směšovací komory v přechodové trubce upínače k řezné hraně je velmi krátká a umožňuje minimální reakční časy i rychlé změny požadované koncentrace MMS média.

K úspěšnému nasazení MMS systému při obrábění je velmi důležité sladění nástroje, upínače, přechodové trubky pro chladicí kapalinu, upínacího zařízení stroje, přívodu chladicího média a jeho řízení během procesu. Odpovídající MMS agregáty jednokanálové i dvoukanálové pro výrobu správně koncentrovaného média jsou dnes běžně k dostání a mnoho výrobců strojů již nabízí optimalizace obráběcích center pro aplikaci MMS.

V MMS programu firmy Gühring jsou pro tuto technologii k dispozici nástroje, upínače, upínací zařízení pro jedno- i dvoukanálové provedení a také měřicí zařízení pro kontrolu koncentrace MMS média. Upínače jsou v provedení pro automatickou výměnu i pro manuální výměnu s kratší přechodovou trubkou.

U nástrojů pro obrábění MMS technologií se teplo vznikající při řezném procesu neodvádí prostřednictvím chladicí kapaliny (jak je tomu při mokrém obrábění), ale tyto nástroje jsou optimalizovány se zaměřením na minimalizaci teplotních efektů:
- nástroje mají ostřejší řezné hrany s pozitivními úhly čela (při obrábění vzniká menší teplo);
- nástroje mají užší vodicí fazetky ve srovnání s nástroji pro mokré obrábění a také větší stažení průměru (minimalizace tření a třecího tepla);
- díky termické izolaci deponované tvrdé tenké vrstvy a vysoce leštěným povrchům je redukováno tření mezi třískou a čelem nástroje (přestup tepla mezi třískou a nástrojem je minimalizován);
- díky rychlejšímu odchodu krátkých třísek optimálního tvaru z místa řezu je také zmenšen přestup tepla z třísek do obrobku.

Vývoj těchto nástrojů je uskutečňován při použití nejmodernější techniky – simulace řezných procesů i simulace proudění. Následují komplexní zkoušky s pomocí vysokorychlostní kamery, termokamery a piezoelektrických dynamometrů pro snímání průběhů řezných sil a chvění během obrábění.

Upínače pro MMS aplikace obrábění jsou na první pohled odlišeny zeleným proužkem v drážce pro automatickou výměnu. V rámci MMS standardního programu jsou k dispozici skladem jak tepelné a hydraulické upínače, tak i synchronizační pouzdra včetně současné novinky GühroSync. Vnitřky upínače byly optimalizovány, aby zde nedocházelo ke srážení a separaci oleje z proudícího vzduchu, proudění zde musí být dokonale plynulé bez nežádoucích turbulencí, bez ostrých přechodů na hranách. Důležité vnitřní komponenty byly důkladně zkoušeny a optimalizovány i s pomocí simulačních programů proudění a některá konstrukční řešení jsou také patentována. Upínače jsou vyráběny v českém závodě koncernu Gühring v Sulkově.

Každý uživatel MMS technologie by měl pro konkrétní aplikaci nastavit optimální koncentraci MMS média podle pokynů výrobců řezných nástrojů na agregátech prostřednictvím NC programových příkazů či manuálně pomocí ovládacího ventilu. Pro účely zpětné kontroly, jaká je skutečná koncentrace na řezné hraně nástroje, byl vyvinut poměrně jednoduchý měřicí přístroj MQL-CHECK 3000, který pro množství v rozmezí 5 až 60 ml.hod^-1 a průměry 3 až 20 mm spolehlivě vyhodnotí skutečné množství vystupující z chladicích kanálů nástroje. Přístroj je možné také připojit k PC, kde mohou být sledovány i grafické průběhy.

Nasazení této technologie však neznamená kompromisy v řezných výkonech – zde použijeme příklad aplikace spirálního celotvrdokovového vrtáku RT 100T pro hluboké vrtání s povlakem TiAlN, průměr D = 5,8 mm s délkou šroubovice 120 mm:

Materiál:

42CrMo4, s pevností Rm 1 000 N.mm^-2

Řezné parametry:

vc = 80 m.min^-1
n = 4 390 ot.min^-1
f = 0,25 mm.ot^-1
vf = 1 098 mm.min^-1

Hloubka vrtání:

ap = 100 mm (17x D), neprůchozí
(pilotní vrtání ap = 12 mm)

Parametry MMS:

vnitřní chlazení
tlak vzduchu 0,5 MPa
koncentrace rozprašovaného oleje 15 ml.hod^-1
Trvanlivost nástroje:

L_f = 100 m při opotřebení V_{B max} = 0,18 mm.

Hlava válců je typickým obrobkem pro kompletní obrobení MMS technologií

Přínos pro životní prostředí je možné prezentovat na následujícím příkladu nasazení

MMS upínačů pro deset projektů, kde každý projekt znamená jednu velkosériovou až hromadnou produkční linku, většinou pro automobilový průmysl.

V případě chlazení klasicky řezným olejem má tato výrobní linka zásobník oleje v průměru 80 m3 a za měsíc je třeba doplnit průměrně 5 000 kg. To znamená, že za jeden rok provozu linky je třeba doplnit 60 000 kg řezného oleje.

V případě nahrazení těchto 10 výrobních linek naší technologií MMS bylo ušetřeno 10 zásobníků s řezným olejem tj. 10x 80 m3 = 800 m³.

Dále není třeba doplňovat 10x 60 000 kg = 600 000 kg řezného oleje.

Při stejné produkci s MMS technologií se spotřebuje pouze minimální množství oleje:
při průměrném počtu 8 strojů na výrobní lince, kdy mazání je v činnosti jen při řezu, tj. 2 250 hod.rok^-1 a průměrná spotřeba je 0,025 l.hod^-1 , je spotřeba pro tuto linku 8 x 2 250 x 0,025 = 450 l.rok^-1 (360 kg. rok^-1).

Pro deset produkčních linek s MMS technologií je tedy spotřeba oleje jen 3 600 kg.rok-1.

Technologii obrábění MMS je věnována v koncernu Gühring i nadále velká pozornost. V rámci služeb zákazníkům jsou zde zpracovávány projekty na obrábění celých součástí touto technologií. Pro příklad může sloužit kompletní aplikace na obrobení hlavy válců pro automobilový průmysl. Nástroje určené pro MMS obrábění je však také možné optimalizovat i pro obrábění za sucha s chlazením pouze tlakovým vzduchem. Na základě celosvětových zkušeností včetně rozsáhlé databáze konstrukčních linií a postupů je zaručena nejvyšší výsledná kvalita. Kompetentní pracovníci jsou vysoce kvalifikovaní a s velkou motivací pomoci uživatelům v maximální možné míře zefektivnit jejich výrobu. Rozsáhlá síť aplikačních techniků se pak přímo v terénu stará o zavádění této progresivní technologie u řezných procesů, která je velice úsporná a zároveň šetrná vůči životnímu prostředí.

Dr.-Ing. František Plánička
Gühring