Řezné nástroje pro trvale udržitelnou výrobu

Důraz na udržitelnost vyplývá z celosvětově rostoucího povědomí o kritických problémech životního prostředí a klimatických změn, tedy o problémech, které jsou z velké části způsobeny lidskou činností. Důraz na udržitelnost odráží náš hluboký závazek zajistit lepší budoucnost pro planetu a budoucí generace.

V důsledku toho se udržitelnost dostala do popředí v různých oblastech, od všedního života a podnikání až po dopravu, urbanismus a výrobu. Produkce by měla být bezpochyby udržitelná. V současné době se většina populace na tomto tvrzení shoduje. Výrobní procesy využívají přírodní zdroje, spotřebovávají energii, produkují odpad a znečišťují životní prostředí. To má bohužel negativní dopad na životní prostředí, který můžeme zmírnit pouze zavedením udržitelných výrobních technologií.

Obrábění zůstává hlavní metodou výroby, a to od jednoduchých dílů až po složité stroje. Proto je zajištění udržitelnosti v oblasti obrábění aktuálnější než kdy jindy. Řezný nástroj přichází do přímého kontaktu s obrobkem a opracovává ho do požadovaného tvaru tím, že odstraňuje přebytečný materiál (přídavek); ten pak z místa řezu odchází ve formě kovových třísek. Může být řezný nástroj klíčovým faktorem právě pro zlepšení udržitelnosti? Odpověď zní, že bezpochyby ano!

I přes svou menší velikost v porovnání s ostatními prvky technologického systému může řezný nástroj hrát klíčovou roli při dosahování udržitelných výrobních postupů. Řezné úkony spojené s úběrem materiálu při obrábění jsou energeticky náročné. Moderní řezný nástroj je však konstruován tak, aby byl energeticky „účinný“, a proto může spotřebu energie výrazně snížit.

Vliv klíčových vlastností nástroje nelze podceňovat. Pokročilé řezné geometrie minimalizují řezné síly a antivibrační konstrukce nástroje minimalizují chvění, čímž se eliminuje kolísání řezné síly. Moderní povlaky snižují tření a efektivní přívod chlazení dramaticky snižuje tvorbu tepla. Tyto vlastnosti nástrojů podstatně snižují vliv obráběcích operací na životní prostředí.

V mnoha případech může řezný nástroj omezovat růst produktivity a plné využití moderních strojů. Proto nástroje, které zaručují vyšší produktivitu, hrají zásadní roli při snižování obráběcího času, spotřeby energie a emisí skleníkových plynů (GHG – Greenhouse). Spolehlivé řezné nástroje s dlouhou životností snižují četnost výměny nástrojů vyměnitelných břitových destiček. Tím se minimalizují nevýrobní časy spojené s výměnou a seřizováním nástrojů, což v konečném důsledku zvyšuje celkovou efektivitu výroby.

Při použití řezných nástrojů, které umožňují dosáhnout lepší kvality povrchu, lze eliminovat potřebu dokončovacích operací, čímž se sníží přídavek na obrábění a také množství odebíraného materiálu. Výsledkem je dvojí efekt: nižší výrobní časy a méně odebraného materiálu.

Udržitelnost řezného nástroje proto není jen přechodným trendem, ale zásadním konceptem, který je postupně přijímán a integrován jako základní princip udržitelné výroby. Hlavním parametrem pro výběr nástroje byla doposud jednoznačně jeho výkonnost. Složka udržitelnosti nástroje se však stala současným faktorem prvořadého významu. Pochopení různých aspektů toho, jak řezné nástroje udržitelnost ovlivňují, do značné míry formuje požadavky na moderní nástroje a řídí jejich vývoj.

Krátký přehled vybraných produktů Iscar vám to pomůže pochopit. Konstrukční koncepce nástrojů s vyměnitelnými destičkami významně přispívá k udržitelnému využívání řezného materiálu. Dobrým příkladem této koncepce jsou nástroje Iscar (s vyměnitelnými karbidovými hlavicemi) z řady Multi-Master a Sumocham, tedy nástroje, které umožňují hospodárné využití slinutých karbidů. Kromě tradičního přístupu k úspoře řezného materiálu nabízejí uvedené nástrojové řady i další výhody související s udržitelností. Řady nástrojů Multi-Master a Sumocham se vyznačují vysokou opakovatelností, která umožňuje uplatnit princip no-setup-time (bez potřeby seřizování) a která je pro mnohé nástrojové řady Iscar velmi typická. To v praxi znamená, že výměna opotřebované karbidové hlavice nevyžaduje další seřizovací operace. Výsledkem je výrazné snížení nevýrobních časů stroje.

Řada Logiq-3-cham vychází z vlastností vrtáků předchozí řady Sumocham a představuje další krok ve vývoji vrtacích nástrojů s vyměnitelnými hlavicemi. Jednou z klíčových vlastností, které odlišují řadu Logiq-3-cham od ostatních vrtacích systémů, jsou tři břity (obr. 1) na rozdíl od konvenčních dvou. Tato změna umožňuje zvýšit posuv a rychlost až o 50 %. Současně s vyšší produktivitou přináší tato nová konstrukce také výhody pro udržitelnost, neboť snižuje spotřebu energie a emise skleníkových plynů. Nový, trojbřitý vrták D3N z řady Logiq-3-cham jsme podrobili porovnávacímu testu s konkurenčním dvojbřitým nástrojem s vyměnitelnou hlavicí. Obráběný otvor D = 16 mm, hloubka je 80 mm, materiálem obrobku je nízkolegovaná ocel. Oba nástroje vyvrtaly 500 otvorů, přičemž za použití nástroje Iscar se o 26 % snížila doba cyklu a zároveň o 19 % spotřeba energie. V důsledku toho se o 19 % snížily emise CO₂.

Antivibrační konstrukce řezných nástrojů hraje zásadní roli při snižování spotřeby energie, prodlužování životnosti nástroje a zlepšování kvality povrchu obrobených ploch. Společnost Iscar vyvinula pro tlumení vibrací řešení využívající různé principy:

• Tlumení vibrací pomocí speciálně navrženého mechanismu je použito u vyvrtávacích tyčí (obr. 2).

• Chvění nástroje lze předcházet i pomocí specifických řezných geometrií. Takových geometrií vyvinula společnost Iscar více. Jsou to např. monolitní vícebřité frézy a vyměnitelné karbidové frézovací hlavice (využívají geometrii s proměnlivým úhlem šroubovice a nepravidelnou zubovou rozteč) a dělená řezná hrana, která se objevuje jak na monolitních frézách, tak i na některých typech břitových destiček (obr. 3). Nástroje a destičky s touto geometrií navíc umožňují lepší manipulaci s třískami, což zvyšuje výkonnost obráběcích operací. Vybrané nástroje také umožňují upnout více typů geometrií destiček do jednoho lůžka nebo pomocí redukce lůžka upnout rozměrově menší destičky, což napomáhá nejen ke snižování skladových zásob těles a ke snižování výdajů na pořízení nových těles, ale také k tomu, že se minimalizuje plýtvání surovinami, což v konečném důsledku pomáhá snižovat emise skleníkových plynů.

Technologie 3D tisku z kovových prášků umožňuje výrobu těles, která se velmi podobají svému konečnému tvaru, což minimalizuje potřebu dokončovacího obrábění a výrazně snižuje spotřebu materiálu na výrobu nástroje. Takové těleso má vysokou hustotu a vykazuje vynikající mechanické vlastnosti. Kromě toho tato technologie usnadňuje optimální tvorbu vnitřních chladicích kanálků, čímž se zlepšuje průtok chladicí kapaliny tělesem nástroje do místa řezu.

Příklady uvedené v tomto článku ukazují, jak významný vliv na technologickou udržitelnost mohou energeticky a materiálově úsporné a odolné řezné nástroje mít. Takové nástroje nejen pomáhají snižovat spotřebu energie a množství vyprodukovaného odpadu, ale také přispívají k úsporám nákladů a šetrnému přístupu k životnímu prostředí.