W bezpośredniej strefie skrawania (ilustracja 1) nasilone są zjawiska tarcia i adhezji (powierzchnie natarcia i przyłożenia narzędzia stykają się z obrabianą powierzchnią materiału i spływającym wiórem) co powoduje, że większość energii jest odprowadzana przez narzędzi, przedmiot obrabiany oraz wiór (ilustracja 1). Temperatury występujące w strefie skrawania stanowią o konieczności stosowania cieczy smarująco-chłodzących (płynów obróbkowych). Zapewnienie właściwego chłodzenia strefy skrawania wymaga stosowania odpowiednich pomp dla płynów obróbkowych zapewniających potrzebne parametry przepływu cieczy. Przykładem tego typu pomp są autonomiczne pompy chłodziwa firmy HIPRUN (dystrybucja w Polsce S.T.M. Systemy i Technologie Mechaniczne).

Pogladowy rozklad temperatur compressor
Ilustracja 1. Poglądowy rozkład temperatur w strefie skrawania.

Do podstawowych celów stosowania cieczy chłodząco-smarujących zalicza się:

  • odprowadzania energii cieplnej ze strefy obrókowej;

  • zmniejszenie tarcia wióra o powierzchnię natarcia narzędzia (smarowanie);

  • efektywniejsze usuwanie wiórów ze strefy skrawania;

  • minimalizowanie występowania narostu.

Osiągnięcie tych celów umożliwia ograniczenie przegrzewania się przedmiotu obrabianego (mniejsze naprężenia rozciągające w warstwie powierzchniowej przedmiotu obrabianego) i narzędzia. Konsekwencją jest wydłużenie trwałości narzędzia oraz poprawa dokładności geometrycznej obróbki wraz z jakością powierzchni obrobionych.

ZASTOSOWANIA

W przypadku wiercenia (ilustracja 2) ciecze robocze w klasycznej aplikacji penetrują wykonywany otwór do maksymalnie 30 mm jego głębokości. Materiał ubytkowy (wióry) stanowi blokadę dla penetracji cieczy roboczych. W efekcie tego zabieg wiercenia w znacznej części przebiega bez udziału cieczy chłodząco-smarującej. Głębokość wierconego otworu równą 30 mm można wręcz uznać za wartość graniczną powyżej, której nie zaleca się wiercenia bez chłodzenia wewnętrznego.

Przyklad obrobki otworow dlugich
Ilustracja 2. Przykład obróbki otworów długich z wykorzystaniem wiertła z kanałami doprowadzającymi chłodziwo.

Usuwanie efektów obróbki ze strefy skrawania (wiórów) w przypadku operacji wytaczania, gwintowania, przeciągania, wiercenia czy rozwiercania odgrywa ważną rolę.

Wykorzystanie wierteł z wewnętrznymi kanałami doprowadzającymi chłodziwo bezpośrednio do strefy skrawanej pod wysokim ciśnieniem (25-100 bar) umożliwia nie tylko chłodzenie i smarowanie powierzchni ale co istotne odprowadzanie wiórów poprzez rowki wiórowe narzędzia. Tego typu narzędzia są jedynym sposobem zapewnienia właściwego chłodzenia strefy skrawania przy wierceniu, w tym szczególnie przy wierceniu otworów długich (l od 12 do 30xD).

Przy wierceniu ważne jest by chłodziwo cechowało się wysokim stężeniem w celu zapewnienia jak najlepszej smarowności (wydłużenie okresu trwałości narzędzia, lepszy spływ wióra, lepsza gładkość powierzchni obrobionej. Wewnętrzne chłodzenie umożliwia uzyskanie geometrycznej dokładności wymiaru średnicy otworu o dwie klasy dokładności lepszą niż w przypadku chłodzenia zewnętrznego. Lepszy transport wióra przeciwdziała występowaniu zjawiska czopowania się rowków wiórowych narzędzia.

Stosowanie chłodziwa aplikowanego w postaci strug o dużym ciśnieniu (wysoka wydajność) jest również istotne w przypadku obróbek wysokowydajnych (znaczne objętości materiału usuwane z przedmiotu obrabianego w jednostce czasu). Istotna jest potrzeba efektywnego usuwania wiórów ze strefy skrawania. W zależności

Na ilustracji 3 przedstawiono wybrane niezależne pompy chłodziwa HIPRUN do wysokociśnieniowego podawania cieczy chłodząco-smarującej.

Niezależne pompy chłodziwa HIPURN zapewniają wstępną i zasadniczą filtrację cząsteczek do 5 mikronów. Dzięki temu wióry oraz pył z obróbki pozostaje w filtrach. W przypadku szlifowania wysokociśnieniowe podawanie chłodziwa zarówno na powierzchnię ściernicy jak i osełek znacząco zmniejsza zalepianie porów ściernicy materiałem z procesu szlifowania. Na ilustracji 4 przedstawiono uchwyt narzędziowy z wewnętrznymi kanałami doprowadzającymi chłodziwo dedykowany do tokarek.

Przyklad dwoch konstrukcji compressor e1544560322135
Ilustracja 3. Przykład dwóch konstrukcji dla różnych ciśnień maksymalnych 140 bar i 70 bar.
Przyklad do tokarskich centrow obrobkowych CNC compressor e1544560370903
Ilustracja 4. Przykład dedykowanych do tokarskich centrów obróbkowych CNC uchwytów narzędziowych z kanałami doprowadzającymi chłodziwo.

Niezależne pompy chłodziwa HIPRUM wykorzystują układy sterowania (ilustracja 5) z programowalnymi układami logicznymi (ang. PLC) zawierającymi do 12 programowalnych wyjść. Takie sterowanie umożliwia dokładne dopasowanie parametrów podawania chłodziwa do strefy obróbki. Chłodziwo może być aplikowane symultanicznie i indywidualne. Ważną zaletą systemu HIPRUM jest utrzymywanie stałych parametrów temperaturowych chłodziwa co ma wpływ na okres trwałości narzędzia i właściwości warstwy wierzchniej obrobionej powierzchni.

Autonomiczne pompy chłodziwa HIPRUN dzięki układowi sterowania umożliwiają regulowanie ciśnienia, załączanie i wyłączanie poszczególnych kanałów oraz odczyt temperatury chłodziwa. Stan filtra jest monitorowany i operator ma dostęp do informacji eksploatacyjnych.

Oferowane przez HIPRUN niezależne pompy chłodziwa wysokiego ciśnienia są mobilne i mogą być stosowane z obrabiarkami CNC różnych producentów (m.in. MAZAK, OKUMA, DMG-MORI, STAR).

Zaletą pomp firmy HIPRUN jest ich konstrukcja, w której zastosowano komponenty (m.in. pompa, zawory) wytwarzane przez europejskich producentów. Pozwala to na szybkich czynności konserwacyjnych oraz naprawczych.

Autonomiczne pompy chlodziwa HIPRUN compressor
Ilustracja 5. Autonomiczne pompy chłodziwa HIPRUN – przykładowy układ sterowania.

Podsumowanie

Ze względu na konstrukcję obrabiarek CNC stosowanie cieczy smarująco-chłodzących jest efektywniejsze również ze względu na zachowanie czystości wokół stanowiska obrókowego. Chłodziwo nie wydostaje się poza strefę roboczą obrabiarki.

W przypadku obrabiarek konwencjonalnych chłodziwo jeżeli jest stosowane to wyłącznie układy niskociśnieniowe o małej wydajności ze względu na brak wystarczających barier przed wypływaniem cieczy roboczych poza strefę obróbkową. Niezależne pompy chłodziwa cechują się mobilnością i niskimi kosztami wdrożenia.

Źródła
  • Materiały informacyjne firm S.T.M. Systemy i Technologie Mechaniczne i HIPRUN
  • Chłodziwa ekologiczne w skrawaniu, procestechnologiczny.com.pl
  • Kordowska M., Musiał W., Badania chłodzenia procesów obróbki w przemyśle maszynowym i samochodowym, Autobusy 7-8/2017
  • Streubel A., Kuran M., Subbotko R., Wpływ chłodzenia na opory skrawania w wierceniu stali CK45, Technologia i automatyzacja montażu 2/2008
  • Wolszczak P., Szalczyński P., Płaska S., Chłodzenie narzędzi skrawających, Mechanik Nr 3/2015
  • Streubel A., Kuran M., Subbotko R., Wpływ chłodzenia na opory skrawania w wierceniu stali CK45, Technologia i Automatyzacja