Rozhodující je použití efektivního chlazení

Při použití chladicích a mazacích prostředků se rozlišuje především jejich druh a způsob aplikace. Pro zajímavost: jen v Německu se ve 200 000 kovozpracujících závodech ročně spotřebuje přes jeden milion tun chladicích maziv.

Prostředky s přísadami nebo i bez přísad, které nejsou mísitelné s vodou – jako například oleje – se používají tehdy, pokud je požadována vysoká kvalita obráběného povrchu, a proto se upřednostňují především jejich mazací účinky. Vodou mísitelné prostředky – emulze obsahující minerální oleje nebo řešení na bázi mýdla – se naopak používají tehdy, pokud je požadován především efekt chlazení.

Při třískovém obrábění se vyskytují různé druhy tření. Chladicí maziva redukují díky mazacím účinkům tření na břitu a snižují (v kombinaci s jejich chladicími účinky) opotřebení nástroje, ohřev obrobku a spotřebu energie. Chladicí maziva pro nejvyšší zatížení obsahují aditiva, která při vysokém řezném tlaku a teplotě reagují s materiálem a zamezují tomu, aby se špičky materiálu (projev drsnosti) na povrchu nástroje a obrobku vzájemně přivařily, což by mělo za následek adhezní opotřebení či tvorbu nárůstku.

Pro chlazení bez mazacích účinků je využíván především okolní vzduch (například při obrábění litiny za sucha), stlačený vzduch a od nedávna i kryogenní plyny, jako tekutý dusík nebo tekutý CO₂.

Rozlišujeme následující způsoby chlazení:

• proudem kapaliny;
• zaplavením kapalinou;
• cílené, pomocí paprsku kapaliny s různými stupni tlaku (přes externí trysky);
• s minimálním množstvím mazání (v provedení jako vnější nebo vnitřní).

Jako obzvlášť účinné pro zvyšování životnosti a produktivity se ukazuje použití moderních nástrojových systémů s vnitřním chlazením přes držák nebo přes výměnnou břitovou destičku, a to za použití tlaku do 80 bar, vysokých tlaků přes 80 bar a zvlášť vysokých tlaků od 150 bar.

V zásadě platí:

• ani to nejlepší chlazení není zcela využito, pokud se řezná kapalina nedostane k břitu nástroje;
• těch nejlepších účinků mazání pro snížení tření se dosahuje přímo za místem obrábění.

Chlazení proudem nebo zaplavením, jakož i chlazení cíleným paprskem kapaliny, ať už olejem nebo emulzí, je pro chlazení a mazání a pro efektivní odstranění třísek většinou plně dostačující. Předpokladem je, že se kapalina dostane bez překážky do místa činné plochy břitu.

Použití tohoto způsobu snižuje nákladnost konvenčních metod:

• redukuje se množství chladicího maziva až na 1 cm3.h-1;
• odstraňují se náklady na kontrolu a péči o tyto prostředky;
• odpadají náklady na likvidaci použitého chladiva;
• snižují se náklady na čištění obrobených dílů;
• bezproblémová je i recyklace téměř suchých třísek.

Cílený přívod maziva přímo do místa řezu ve formě aerosolu zvnějšku nebo vnitřním přívodem chlazení vytváří efektivní účinky mazání i při velkých hloubkách otvorů.

S ohledem na snižování nákladů třískového obrábění se v mnoha případech zavedlo obrábění za sucha. Firmy z automobilového průmyslu již před lety vyčíslily, že přibližně 14 až 16 % nákladů na obrábění je připisováno na péči a likvidaci chladicích maziv. Moderní nástroje a povlaky dnes umožňují v mnoha případech obrábět za sucha nejen materiály z litiny. Stlačený vzduch s určitým chladicím účinkem se používá především při obrábění materiálů, jako je keramika, tvrdokov nebo grafit. Cílem přitom je co nejefektivněji a nejrychleji odstranit a odsát abrazivní prach z oblasti obrábění.

Zvyšující se použití ocelí se stále vyšší pevností, jakož i snižování nákladů díky stále efektivnějším výrobním postupům neovlivňuje jen vývoj příslušných strojů a nástrojů, ale rozšiřuje i používané způsoby chlazení. Inovativní výrobci nástrojů, jako je firma Horn, zareagovali včas na tyto požadavky trhu a vyvinuli nové moderní způsoby, jako chlazení s použitím vysokých tlaků, vnitřní chlazení nástrojem a nakonec i použití kryogenních plynů jako chladiva. Firmu Horn na českém a slovenském trhu zastupuje společnost SK Technik.

Nástroje s vnitřním přívodem chladiva reprezentují různou úroveň techniky. Obráběcí stroje, jejich rozhraní a nástroje jsou již dlouho pro tento způsob chlazení uzpůsobeny. Ovšem nejen při vrtání vede tento způsob k efektivnímu chlazení břitů a k bezpečnému odvodu třísky. Jednou z poměrně náročných výrobních technologií – co se vyložení nástroje, chlazení a mazání týká –, je zapichování a upichování. Při tomto způsobu obrábění jsme omezeni boky obrobku, shora je přístup zakryt odvíjející se třískou, zespodu pak břitovou destičkou. Účinné chlazení je možné jen ve směru břitové destičky, upínacího elementu nebo upínacího držáku.

Způsob chlazení je závislý na požadovaném cíli. Snížení výlomků na břitu nástroje, které je způsobeno odváděnými třískami, je možné dosáhnout při tlaku chladiva od 5 bar. Pokud je třeba redukovat tvorbu nárůstku, měl by být použit tlak vyšší než 20 bar. Od 40 bar je možné dosáhnout efektivního vedení a kontroly třísky a zvláště vysoké tlaky chladiva přes 150 bar způsobí i u materiálů tvořících dlouhé třísky, jako jsou vysoce pevné slitiny na bázi niklu, požadovaný lom třísky.

Prvním způsobem je vnitřní chlazení vedené skrz držák přes upínací část až k břitu. Protože část držáku, která zajišťuje břit při upichování, je vždy menší než obráběný profil, může být přes vzniklý prostor přivedeno chlazení až k břitu. Firma Horn nabízí dvě řešení: s tryskami na jedné nebo na obou stranách. Doplňkové trysky umístěné zespodu pak ještě více podporují chladicí efekt.

Další variantou je vnitřní chlazení přes upínací element pomocí paprsku chladiva o vysokém tlaku směřujícím na činnou plochu břitu. Jedná se o efektivní chlazení s definovanou tvorbou třísky a vysokou procesní spolehlivostí, kde navíc dochází ke snížení tření odcházejícími třískami a k redukci tvorby nárůstků. Výsledkem je zvýšení životnosti břitu i produktivity díky vyšším řezným rychlostem.

Dalším příkladem je vnitřní chlazení vedené skrz břitovou destičku, které mívá ještě efektivnější účinek. Speciálně konstruovaný tvar trysky v břitové destičce směřuje paprsek chladiva přímo do místa řezu, zamezuje hromadění třísek a mimo výše uvedených předností ochlazuje i samotnou břitovou destičku. Proti konvenčním způsobům chlazení se značně zvyšuje životnost i řezné parametry. Například při upichování hnací hřídele z materiálu 42CrMoS4 s pevností v tahu až 1 050 N.mm-² se zvýšilo množství úpichů dokonce až na šestinásobek.

Kryogenní chlazení kapalným dusíkem bylo technologickou novinkou posledního veletrhu EMO v Hannoveru. Při použití kapalného dusíku s teplotou až –196 °C je nutné zajistit speciální systém přívodů, izolovanými nádobami pro skladování počínaje a vakuem izolovanými hadicemi a odpovídajícím způsobem dimenzovanými rozvody uvnitř stroje i nástrojového systému konče. Méně nákladným způsobem kryogenního chlazení je chlazení paprskem kapalného CO2 s teplotou od –78 °C. Bezkonkurenční výhody nabízí tento způsob chlazení obzvláště při obrábění slitin titanu a niklu nebo duplexních ocelí, kde vysoké termické zatížení břitu vede k jeho rychlému opotřebení. Kryogenní chlazení umožňuje u těchto materiálů značné zvýšení řezných parametrů a životnosti.

Stejně jako při výběru nástroje záleží i při volbě chlazení vždy na příslušné aplikaci. Rozhodnutí také ovlivňují stávající možnosti stroje a infrastruktury podniku.

Luděk Dvořák

SK Technik
dvorak@sktechnik.cz
www.sktechnik.cz