Чем меньше – тем лучше: направленная подача смазочно-охлаждающей жидкости через внутренний канал дает очень хорошие результаты с точки зрения эффективности и удаления стружки (изображение: Horn)

Чем меньше – тем лучше: направленная подача смазочно-охлаждающей жидкости через внутренний канал дает очень хорошие результаты с точки зрения эффективности и удаления стружки (изображение: Horn)

Самая лучшая смазка бесполезна, если она не попадает точно на лезвие. Поэтому все более широко используются инструменты со встроенной подачей СОЖ. Эксперты предрекают дальнейшее движение в сторону минимального объема смазки и охлаждения под давлением.

Они должны охлаждать, смазывать и смывать стружку. Смазочно-охлаждающие жидкости – это поистине универсальное средство. В конечном итоге они продлевают срок службы инструмента, улучшают обрабатываемую поверхность и надежно удаляют стружку, что делает обработку детали более экономичной.

Точность обработки возрастает при хорошем охлаждении

Йенс Тинг (Jens Thing), управляющий директор Haas Automation Europe, так описывает задачу: «Смазочно-охлаждающие жидкости должны удалять излишки тепла в точке обработки как можно быстрее, чтобы не произошло изменений во внешних слоях инструмента и обрабатываемой детали. Точность обработки также повышается при хорошем охлаждении, это позволяет улучшить параметры обработки».

Смазочно-охлаждающая жидкость больше не нужна: здесь только сжатый воздух направляется через шпиндель и инструмент на режущую кромку. Источник: Haas

Смазочно-охлаждающая жидкость больше не нужна: здесь только сжатый воздух направляется через шпиндель и инструмент на режущую кромку. Источник: Haas

Согласно данным Федеральной службы статистики Германии, затраты на смазочно-охлаждающую жидкость составляют до 8-16% общих затрат на обработку. Сюда входят закупка и использование СОЖ, затраты во время обработки. «Процентная доля затрат на смазочно-охлаждающую жидкость в себестоимости единицы продукции в значительной степени зависит от обрабатываемого  материала, станка и концепции производства, – объясняет д-р Клаус Кристоффель (Klaus Christoffel), менеджер по продукции и дизайну компании Sandvik Tooling Deutschland GmbH, подразделения Sandvik Coromant. – В большинстве случаев это значительная сумма, которая намного превышает пропорциональную часть затрат на обработку».

Д-р Клаус Кристоффель, менеджер Sandvik Tooling Germany: «Если смазочно-охлаждающая жидкость необходима, то охлаждение под давлением с точно направленной подачей – самый эффективный вариант». Источник: Sandvik Coromant

Д-р Клаус Кристоффель, менеджер Sandvik Tooling Germany: «Если смазочно-охлаждающая жидкость необходима, то охлаждение под давлением с точно направленной подачей – самый эффективный вариант». Источник: Sandvik Coromant

Охлаждение поливом – самый распространенный способ

Стоит посмотреть не только на саму смазочно-охлаждающую жидкость, но и на то, в какой форме и в каком объеме она подается в точку обработки. Здесь есть несколько концепций. Классическое металлорезание с эмульсией предусматривает заливку инструментов и обрабатываемой детали СОЖ. Такое погружное охлаждение до сих пор самое распространенное, по словам Кристоффеля. Объяснение этому дает Маркус Каннвишер (Markus Kannwischer), технический директор и член совета директоров компании Paul Horn GmbH: «Этот метод легко применять, и специальные требования к инструментам и станкам отсутствуют». Однако, потребление энергии при этом высокое, и фактически всего несколько процентов используемой жидкости попадают в нужную точку лезвия.

Директор по продажам Grob Йохен Наль: «Обработка с минимальным количеством смазки благодаря низким энергозатратам особенно актуальна для массового производства». Изображение: Grob-Werke

Директор по продажам Grob Йохен Наль: «Обработка с минимальным количеством смазки благодаря низким энергозатратам особенно актуальна для массового производства». Изображение: Grob-Werke

Йохен Наль (Jochen Nahl), директор по продажам на заводе компании Grob, называет еще один недостаток метода – слишком высокие затраты на поставку станка, использование и утилизацию смазочного вещества.

С точки зрения затрат веские факты говорят в пользу других стратегий охлаждения, например, смазки минимальным количеством (MQL). Типичная дозировка составляет 5-50 мл на час обработки при охлаждении под высоким давлением от 80 бар или сухом металлорезании. Общая рекомендация Каннвишера пользователям: «Чем меньше – тем лучше: направленная подача охлаждающей жидкости через внутренний канал дает очень хорошие результаты с точки зрения эффективности и удаления стружки». По мнению Наля, смазка минимальным количеством с меньшими энергозатратами особенно активно используется в массовом производстве. Преимущества этого метода – снижение издержек, поскольку нет потребности в целой системе охлаждения (подача и удаление), сниженное энергопотребление (не требуются насосы подачи СОЖ), меньшие издержки на утилизацию стружки и переработку.

Генеральный директор Grob объясняет: «Но при этом технологическая часть проекта становится дороже, поскольку требуется соблюдение определенной последовательности операций вследствие поступления тепла». С методом MQL необходимо учитывать поступление тепла, вызванное процессом и условиями окружающей среды, и рассмотреть методы компенсации температуры.

Интерес к охлаждению под давлением

Компания Grob отмечает сдвиг в сторону обработки с минимальным количеством смазки на автоматизированных поточных производствах. Эта технология становится все более популярной в Европе в силу действующих требований по энергосбережению. По словам Наля, некоторые крупные компании сделали обработку MQL корпоративным стандартом. Азиатские компании работают в основном с эмульсией, аналогичная картина и в Южной Америке. На предприятиях с автоматизированным поточным производством на металлообработку с эмульсией приходится 60%, на MQL – 35%.

Спрос растет и на так называемое охлаждение под давлением. Этот метод предусматривает не просто заливку зоны стружки СОЖ. Вместо это охлаждающая жидкость подается направленно и под высоким давлением между стружкой и режущей пластиной. По словам менеджера Sandvik Кристоффеля, если смазочно-охлаждающая жидкость необходима, то лучший вариант – охлаждение под давлением в сочетании с точной подачей. Именно этот метод применяется там, где отмечается самый большой прирост. Он также отмечает, что высокое давление – не то же самое, что большой объем. Объемный расход СОЖ при охлаждении под давлением может быть весьма невысок.

Маркус Каннвишер, технический директор и член совета директоров Paul Horn: «Чем меньше – тем лучше – потому что направленная подача смазки через инструмент со встроенной системой СОЖ дает очень хорошие результаты». Источник: Horn

Маркус Каннвишер, технический директор и член совета директоров Paul Horn: «Чем меньше – тем лучше – потому что направленная подача смазки через инструмент со встроенной системой СОЖ дает очень хорошие результаты». Источник: Horn

Haas также отмечает все более активное использование внутреннего охлаждения под высоким давлением. «Клиенты осознают эффективность этого варианта», – отмечает управляющий директор Тинг. Что касается токарной обработки, то по оценке технического директора Horn Каннвишера, около 20% станков имеют системы с высоким давлением 80 бар. «Производители предлагают все больше станков с подачей давления 80 бар через револьверную головку. Поэтому можно говорить о развитии этого тренда. Давление 150 бар и выше используется только выборочно для специальных случаев».

Криогенное охлаждение – на начальном этапе внедрения

Подход к обработке без использования СОЖ называется сухим металлорезанием. Этот способ предусматривает ограниченную подачу охлаждающего воздуха или полное отсутствие охлаждения. Haas предлагает два решения: внешняя автоматическая подача сжатого воздуха, при которой постоянный поток сжатого воздуха направлен на резец для удаления стружки. Или воздух может подаваться через шпиндель. В этом случае воздушный поток направляется с высоким давлением и большим объемным расходом через инструмент на режущую кромку.

Криогенное охлаждение готово выйти на рынок: фрезерный шпиндель Starag, предназначенный для обработки с охлаждением CO2. Источник: Starrag

Криогенное охлаждение готово выйти на рынок: фрезерный шпиндель Starag, предназначенный для обработки с охлаждением CO2. Источник: Starrag

Криогенное охлаждение азотом или углекислым газом обсуждается уже несколько лет. В настоящее время лидирует концепция охлаждения СO2, разрабатываемая в технологическом партнерстве компаниями Walter AG и Starrag Group. Но, несмотря на огромные преимущества (в зависимости от области применения производительность может вырасти до 70%, а срок службы увеличиться до 100%), пока конечный потребитель криогенного охлаждения в массовом производстве отсутствует. «В настоящее время мы находимся в самом начале этапа внедрения», – отмечает  Томас Шааршмидт (Thomas Schaarschmidt), менеджер сегмента по энергетике и развитию прикладных направлений компании AG.

Он рассказывает о трех действующих проектах – обработка турбинных лопаток, выполненных из нержавеющей стали X20Cr13, обработка турбонаддувного агрегата, обработка структурных компонентов из Ti64 для аэрокосмической промышленности. По оценке Шааршмидта, наилучшие шансы у технологии в процессе обработки турбинных лопаток. «Недавние исследования показывают, что здесь сосредоточен огромный потенциал. Криогенное охлаждение тут идеально подойдет для стратегий обработки, моделей станков, материалов, объема обработки, инструментальных систем».

Безопасность работы до сих пор под вопросом

По словам экспертов, криогенная обработка резанием в основном подойдет для авиационной промышленности и энергетики. «В автомобильной промышленности мы также определили сферы применения, где криогенное охлаждение может способствовать увеличению срока службы при должным образом адаптированной стратегии обработки». Конкретные компоненты, для которых подходит данная технология – структурные компоненты, турбинные лопатки и турбонаддувные агрегаты. «Что касается материалов, то наибольший потенциал мы видим у титановых сплавов, например, TiAl6V4, мартенситной и аустенитной нержавеющих сталей и корпусов из жаропрочной стали».

Так что же препятствует внедрению? По словам Шааршмидта, барьеры связаны с тем, что пионеры технологии не готовы принять на себя риски ее подготовки к серийному использованию. Для этого надо решить еще одну или две серьезные задачи. Например, использование СО2 на практике. Поставка в баллонах не может быть долгосрочным решением для масштабного производства. Поэтому в настоящее время этот вопрос решается с поставщиками газа.

Томас Шааршмидт, менеджер сегмента по энергетике и развитию прикладных направлений Walter: «В настоящее время мы находимся на начальном этапе внедрения». Источник: Walter

Томас Шааршмидт, менеджер сегмента по энергетике и развитию прикладных направлений Walter: «В настоящее время мы находимся на начальном этапе внедрения». Источник: Walter

Кроме того, компетентными органами еще не рассмотрен вопрос безопасности работ. Если для обеспечения безопасности персонала могут применяться датчики, то политики по применению СО2 в металлообработке, требуемой крупными клиентами, на сегодня не разработано. Как отмечает менеджер Walter, в настоящее время компания планирует создать консорциум с конечными потребителями, производителями станков, поставщиками систем и газа, а также с представителями учреждений, регулирующих безопасность труда.

Наконец, стоит вопрос пригодности технологии СО2 для разного оборудования. У клиентов собственный набор станков, и далеко не все из них подходят для этой технологии. «Хотя во многих случаях возможно техническое перевооружение, технология СО2 обсуждается в основном для случаев приобретения нового оборудования,» – говорит Шааршмидт. Модификация повлечет дополнительные затраты порядка 50 000 евро.

Йенс Тинг, управляющий директор Haas Automation Europe: «Точность обработки также зависит от хорошего охлаждения, которое позволяет достичь более высоких параметров обработки». Источник: Haas

Йенс Тинг, управляющий директор Haas Automation Europe: «Точность обработки также зависит от хорошего охлаждения, которое позволяет достичь более высоких параметров обработки». Источник: Haas

Компания Grob также проводила внутренние испытания криогенной обработки и разработала опытный образец станка. Но генеральный директор Наль отмечает, что спрос со стороны клиентов невелик. «Когда число запросов возрастет, мы рассмотрим возможность выпуска станка с криогенным охлаждением. Пока мы не выявили значительных экономических преимуществ». Sandvik придерживается аналогичной позиции: «Криогенное охлаждение может с успехом использоваться для обработки некоторых материалов, но его повсеместное применение маловероятно».

Производители оборудования должны использовать преимущества всех вариантов

Если пользователи могут выбирать из различных концепций охлаждения, то производители  должны предлагать решения, которые бы подходили к этим разным концепциям.

Менеджер Haas Тинг отмечает: «Сложность для производителей заключается в необходимости сочетания всех имеющихся вариантов самым простым способом для пользователя и предложения рентабельных решений. Наши клиенты просто совмещают разные варианты, и поскольку все решения разработаны и произведены Haas Automation, общую ответственность за всю систему несет одна компания».

Источник: перевод статьи
Pinpoint cooling jet lubrication,
ETMM

Автор:
Рюдигер Крох (Rüdiger Kroh),

первый выход статьи в MM32/33 2015,
MM MaschinenMarkt



Понравилась статья? Поделитесь: