Témata
Reklama

Obrábění s minimálním množstvím mazání

Firma Gühring stála již od počátku u zrodu aplikace zcela nové progresívní technologie zvané obrábění s minimálním množstvím mazání (MMS, v anglickém překladu MQL). Před dvaceti pěti lety zakoupila licenci na tuto technologii od japonského výrobce obráběcích strojů Horkos a začala tento obor progresivně rozvíjet.

Výsledkem tohoto vývoje je ucelený systém, který obsahuje kompletní program nástrojů, upínačů i měřicí techniky pro obrábění s technologií MMS. Vysoká inovativnost je podpořena mnoha patenty.

Reklama
Reklama
Reklama

Technologie MMS

Chlazení značně koncentrovanou mlhou z emulze se při obrábění používalo již v sedmdesátých letech minulého století. Po počátečním nadšení však v poměrně krátké době přestali obráběči tento způsob chlazení vzhledem ekologickým a zdravotním aspektům používat.

Minimální množství mazání však představuje dnes zcela odlišnou filozofii. Základním principem této technologie je, že při obrábění se k chlazení nástroje a odvodu třísek z místa řezu používá aerosolová směs vzduchu a maziva (speciálního řezného oleje pro MMS), ve které je pomocí dýzy rozptýleno minimální množství oleje, obvykle v rozmezí 5 až 30 ml.hod-1, v závislosti na typu operace. Jednak se skutečně jedná o velice malé množství maziva, ale také při aplikacích v provozu toto mazání probíhá pouze při řezu nástroje, během vedlejších pohybů je mazání vypnuto. Množství je tak malé, že na první pohled se může zdát, že jde pouze o stlačený vzduch. Pro nejjednodušší identifikaci pak postačí umístit proti výstupu čistý list papíru a chvíli počkat, až se objeví mastná stopa. Jinak samozřejmě existují přístroje pro detailní exaktní identifikaci příslušného množství.

MMS program vyniká svojí modulárností od vřetena až po řeznou hranu.

Varianty MMS systémů

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, poté 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 v upínači těsně před stopkou nástroje a zde teprve dochází ke směšování (dvoukanálový systém). Tento systém je sice složitější a 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, která je v přechodové trubici upínače, k řezné hraně je velmi krátká a umožňuje minimální reakční časy i rychlé změny požadované koncentrace MMS média.

Gühring MMS systém se skládá z MMS optimalizovaného nástroje, který má přizpůsobený i kuželový konec stopky. Tento nástroj je upnut v tomto případě v tepelném upínači. Správný přívod MMS chladicího média bez nežádoucích turbulencí zaručuje přechodová trubice a šroub pro výškové nastavení, který je osazen speciálním těsnicím kroužkem. Zde jsou varianty pro 1kanálový a 2kanálový systém v provedení pro automatickou výměnu (delší přechodová trubice).

Nasazení MMS

K úspěšnému nasazení MMS systému při obrábění je velmi důležité sladění nástroje, upínače, přechodové trubice 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 jednokanálové i dvoukanálové provedení, jakož i měřicí zařízení pro kontrolu koncentrace MMS média. Upínače jsou v provedení pro automatickou i manuální výměnu (kratší přechodová trubice).

Nástroje pro MMS aplikace

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 tepelných 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 povlaku 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. Následné zkoušky jsou vždy komplexní. Probíhají s pomocí vysokorychlostní kamery a termokamery, včetně piezoelektrických dynamometrů pro snímání průběhů řezných sil a chvění během obrábění.

Porovnání teplot nástrojů při termografické zkoušce s různým způsobem chlazení

Upínače pro MMS obrábění

Upínače pro MMS aplikace obrábění se odlišují na první pohled zeleným proužkem v drážce pro automatickou výměnu. V rámci standardního programu MMS jsou k dispozici skladem jak tepelné a hydraulické upínače, tak i synchronizační pouzdra včetně současné novinky GühroSync. Uvnitř jsou však prvky, které musely být optimalizovány tak, aby zde nedocházelo ke srážení a separaci oleje z proudícího vzduchu. Proudění zde musí být dokonale plynulé bez nežádoucích turbulencí a bez ostrých přechodů na hranách. Důležité vnitřní komponenty byly řádně 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.

Průtokové poměry ve spojovací drážce chladicích kanálů v místě kuželového přechodu – proudění téměř bez nežádoucích turbulencíAplikace MMS technologie

Nasazení této technologie však neznamená kompromisy v řezných výkonech – zde použijeme příklad aplikace spirálního monolitního SK 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 = 4390 ot.min-1
f = 0,25 mm.ot.-1
vf = 1098 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 činila Lf = 100 m při opotřebení VB max = 0,18 mm.

Simulace proudění pro vrták o Ø 11,7 mm:

a. MMS
Rychlost proudění v drážce 30,4 m.s-1
Tlak na čerpadle 0,6 MPa
Tlak v nástroji 0,4 MPa

b. Chlazení emulzí
Rychlost proudění v drážce 3,5 m.s-1
Tlak na čerpadle 6 MPa
Tlak v nástroji 3,1 MPa

MMS technologie je vysoce ekologická a úsporná

Náklady týkající se chlazení a mazání činí vedle nákladů na stroj a nástroje podstatnou část nákladů na obráběcí proces. Proto nabízí snížení spotřeby řezné kapaliny rozmanité možnosti úspory.
Úspora řezné kapaliny nepřináší pouze nižší náklady, ale také podporuje ochranu životního prostředí a zdraví. Zavedení MMS technologie má tyto přínosy:

  • snížení teplotního zatížení na špičce nástroje;
  • snížení opotřebení nástroje;
  • efektivní odvod třísek z hlubokých děr;
  • snížení spotřeby řezné kapaliny;
  • vysoký chladicí a mazací účinek, zejména u hlubokých děr;
  • snížení následných nákladů:
    - na čištění součástí,
    - na likvidaci řezné kapaliny,
    - na likvidaci třísek kontaminovaných řeznou kapalinou;
  • ochrana životního prostředí a zdraví.

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 (chlazení jen 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 stará přímo v terénu u řezných procesů o zavádění této progresívní technologie, která je velice úsporná a zároveň šetrná vůči životnímu prostředí.

Dr.-Ing. František Plánička

Gühring

julie.uhlikova@guehring.de

www.guehring.cz

Reklama
Související články
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.

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.

Pořádná špona je dnes věda

S obráběním, vrtáním pomocí nástroje začali pravděpodobně jako první už staří Egypťané cca 4 000 let před naším letopočtem, přičemž využívali tětivu luku – základ smyčcového soustruhu. Potom přišel středověk, dále Leonardo da Vinci a návrh prvního soustruhu… Technologie třískového obrábění ale v porovnání s dnešní dynamikou vývoje postupovala jen pomalu.

Související články
Přidaná hodnota v technologii obrábění

V tomto příspěvku bych se rád vrátil ke své návštěvě japonské firmy Kyocera. V jednom z mých minulých textů (viz www.mmspektrum.com/170111) jsem představil unikátní systém řízení pomocí takzvaných améb, který vyvinul zakladatel firmy Kyocera Dr. Kazuo Inamori. Díky tomuto systému a japonské píli a umu se firma dostala na světovou špičku v řadě oborů. Na základě osobních zkušeností pak mohu prohlásit, že to platí také pro divizi řezných nástrojů. Například rychloposuvové frézy Kyocera vysoce překračují produktivitu, která je u nás i v Evropě standardní.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Zapichovací systémy

Gühring je jedním z předních výrobců rotačních a přesných nástrojů pro obrábění ve strojírenství, který ve více než 70 výrobních závodech ve 48 zemích vyrábí, vyvíjí a renovuje nástroje pro vrtání, frézování, vystružování, ale i soustružení a řezání závitů.

Komplexní servis nástrojů

V oboru péče o nástroje - tool managementu - zúročila firma Gühring již 17 let svých zkušeností. Nové výdejní systémy TM byly opatřeny novým funkčním inovativním designem i se stavovou LED signalizací jednotlivých zásuvek. Komplexní paket služeb Gühring Tool Management Service (GTMS) může díky své jednoduché modulové hierarchii sloužit u každého zákazníka.

Inteligentní řešení šetří náklady

Pouhá výroba a distribuce řezných nástrojů dnes již nepostačují současným trendům potřeb jejich uživatelů. Faktory obrábění, řezné nástroje a výrobní zázemí musíme v této moderní době chápat jako hluboce komplexní záležitost.

Novinky značky IMAO pro upínání obrobků

V dnešní době je velká poptávka po efektivní produkci různorodých výrobků v malém objemu a klíčem k vyšší produktivitě je použití přípravků, které lze flexibilně přizpůsobit mnoha různým obrobkům. Upínací prvky ONE-TOUCH se vyrábějí v mnoha různých provedeních, snadno z nich lze vybrat prvky vhodné pro upnutí požadované součásti. Upnutí a odepnutí součásti je jednoduché, bez použití dalšího nářadí a rychlé, zkracuje se čas potřebný pro manipulaci s obrobkem a tím i celkové náklady na výrobu.

Inovace a zvýšení produktivity obrábění v leteckém průmyslu

Svět se pod tlakem pandemie mění a s ním se mění i pohled na letecký průmysl. Kvůli těmto změnám je třeba pomáhat zákazníkům jejich výrobu nejen znovu rozbíhat, ale i optimalizovat. O to důležitější je pro firmu Gühring dívat se do budoucnosti a nepodléhat krizovým tendencím. Gühring je tradičním dodavatelem pro letecký průmysl, a to nejen u nás v České republice, ale i celosvětově.

Nový rekord v HPC frézování

Společnosti Chiron a Gühring, výrobce strojů a specialista na nástroje, společně dosáhly významného rekordu v oblasti vysokovýkonného frézování: 1 000 cm3 oceli (16MnCr5) bylo obrobeno za 60 sekund. To představuje úběr osmi kilogramů oceli za minutu. A také extrémní třískový objem v čase a enormní posuv.

Nástroje pro rychlejší a levnější obrábění CMC keramiky

Do středu pozornosti v oblasti nových konstrukčních materiálů se v současné době stále více dostává keramika se zesílenými vlákny (Ceramic Matrix Composites, CMC). Projekt společnosti Gühring, který probíhal ve spolupráci s Německým střediskem pro letectví a kosmonautiku (DLR), ukazuje, že s PKD nástrojem s monolitní hlavou v kombinaci s novou strategií frézování je možné významně zkrátit doby obrábění CMC materiálů a dosavadní finální operace broušení může dokonce zcela odpadnout.

Mikronástroje pro precizní obrábění

Současný trend miniaturizace konstrukcí ve specifických odvětvích strojírenského i spotřebního průmyslu vyžaduje i obrábění malých součástí i strukturovaných dílů. Firma Guhring má i pro tuto speciální oblast komplexní nástrojový program pro všechna využití v mikroobrábění.

Produktivní vrtání Inconelu 718

Nové moderní konstrukce špičkových strojírenských zařízení vyžadují aplikace speciálních materiálů, jakými jsou slitiny korozivzdorných ocelí, slitiny titanu a slitiny na bázi niklu. Velice často pak strojírenští technologové vyžadují produktivní a ekonomické obrábění Inconelu. Vlastnosti těchto materiálů způsobují extrémní termomechanické zatížení i difuzní ovlivnění nástrojů a tím výrazně omezují jejich trvanlivost.

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