Jak pokazuje poglądowa ilustracja 1 w strefie skrawania (ilustracja 1) zjawiska tarcia i adhezji są nasilone. Wynika to z faktu, iż powierzchnie natarcia i przyłożenia narzędzia stykają się z obrabianą powierzchnią materiału i spływającym wiórem. W wyniku tych oddziaływań większość energii jest odprowadzana przez narzędzie, przedmiot obrabiany oraz wiór. Przedstawiony zakres rozkładu temperatur w strefie skrawania powoduje, że stosowania płynów obróbkowych, określanych także jako ciecze smarująco-chłodzących jest konieczne. Celem jest zapewnienie właściwego chłodzenia strefy skrawania. Konieczne jest stosowanie pomp dla płynów obróbkowych, które zapewniają niezbędne parametry przepływu cieczy. Autonomiczne pompy chłodziwa firmy HIPRUN (dystrybucja w Polsce S.T.M. Systemy i Technologie Mechaniczne) stanowią przykład tego typu konstrukcji.

Ilustracja 1. Rozkład temperatur w strefie skrawania [1].

• zmniejszenie zjawiska tarcia wióra o powierzchnię natarcia narzędzia;
• odprowadzenie energii cieplnej ze strefy skrawania;
• wydajniejsze usuwanie wiórów ze strefy obrókowej;
• minimalizowanie występowania zjawiska narostu.

Obniżenie temperatury zmniejsza przegrzewanie się przedmiotu obrabianego. W konsekwencji powstają mniejsze naprężenia rozciągające w warstwie wierzchniej przedmiotu oraz narzędzia. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie większej dokładności obróbki oraz wydłużeniu ulega okres trwałości narzędzia.

Zastosowania

Wykorzystanie wysokociśnieniowego podawania chłodziwa do strefy skrawania jest szczególnie istotne w przypadku wiercenie, w tym tzw. otworów długich (długość otworu rzędu od 12 do 30 krotności jego średnicy) – ilustracja 2.

W przypadku klasycznej aplikacji chłodziwa na wiertło z zewnątrz ciecze chłodząco-smarujące docieraja maksymalnie na głębokość do 30 mm. Materiał z procesu skrawania, w tym wióry, stanowi skuteczną blokadę dla skutecznej penetracji chłodziwa. Zatem można uznać, że w znacznym zakresie wiercenie przebiega bez udziału chłodziwa.

Ilustracja 2. Przykład wiercenie otworu długiego wiertłem z wewnętrznymi kanałami doprowadzającymi chłodziwo.

Uznaje się, iż w przypadku operacji wiercenia, rozwiercania, gwintowania, wytaczania oraz przeciągania usuwanie efektów obróbki w postaci wiórów jest czynnikiem istotnie wpływającym na efekty jakościowe obróbki.

W operacji wiercenia wyłącznie zastosowanie wierteł z wewnętrznymi kanałami doprowadzającymi chłodziwo bezpośrednio do strefy obróbkowej pod wysokim ciśnieniem zapewnia (25-100 bar) zapewnia efektywniejsze usuwanie (wypłukiwanie) wiórów rowkami wiórowymi narzędzia.

Przykładem inne obróbki skrawaniem, w której bardzo ważne jest skuteczne odprowadzanie wiórów są obróbki wysokowydajne – np. frezowanie – ilustracja 3. Istotnym kryterium jest objętość materiału usuwana z przedmiotu obrabianego w jednostce czasu.

Ilustracja 3. Przykład wysokociśnieniowego symultanicznego podawania chłodziwa do strefy skrawania – Targi TOOLEX 2015

Pompy chłodziwa

Ilustracja 4 przedstawia przykładowe wysokociśnieniowe pompy chłodziwa firmy HIPRUN.

Ilustracja 4.Dwie konstrukcje firmy HIPRUN przeznaczone do różnych ciśnień maksymalnych 140 bar i 70 bar.

Pompy wysokociśnieniowe HIPRUN stosuje się układy filtrów, które zatrzymują cząsteczki od 5 μm. Jest to szczególnie istotne w przypadku operacji szlifowania. Aplikacja wysokociśnieniowa cieczy chłodzącej na powierzchnię ściernicy, osełek i przedmiotu nie tylko ma za zadanie odprowadzanie usuniętego materiału ale także przeciwdziałanie zjawisku zalepiania ściernicy.

HIPRUN dostarcza także uchwyty narzędziowe z kanałami doprowadzającymi chłodziwo. Ilustracja 5 przedstawia takie uchwyty dla tokarskich centrów obróbkowych CNC.

Ilustracja 5. Przykład uchwytów narzędziowych z kanałami doprowadzającymi chłodziwo.

Pompy wysokociśnieniowe HIPRUN z racji możliwości zastosowania z różnorodnymi maszynami technologicznymi wyposażane są w układ sterowania (ilustracja 6) na bazie układów PLC (do 12 wyjść progrmowalnych). Układ sterowania ma na celu możliwość szerokiej konfiguracji podawania chłodziwa. Ciecze obróbkowe mogą być podawane indywidualnie lub symultanicznie. Pompy HIPRUN nie tylko dokonują filtrowania przepływającego chłodziwa ale także dokonują jego stabilizacji termicznej. Takie rozwiązanie wspiera poprawę okresu trwałości narzędzia oraz efekty jakościowe obróbki (właściwości warstwy wierzchniej powierzchni obrobionej).

Ilustracja 6. Wnętrze jego ze stosowanych układów sterowania firmy HIPRUN dla pomp chłodziwa.

Podsumowanie

Niezależne wysokociśnieniowe pompy chłodziwa firmy HIPRUN można stosować z obrabiarkami CNC różnych producentów (m.in. MAZAK, OKUMA, DMG-MORI, STAR). Stosowanie chłodzenia wysokociśnieniowego w przypadku obrabiarek CNC wynika również z ich konstrukcji. Ze względu na obudowę i zamknięcie strefy obróbkowej chłodziwo nie wydostaje się poza obrabiarkę.

Chłodzenie strefy skrawania jest ważne również w przypadku obróbki na obrabiarkach konwencjonalnych. Jednak ze względu na konstrukcję tych obrabiarek stosowane jest przede wszystkim chłodzenie niskociśnieniowe.

Źródła

1. Jemielniak K., Obróbka skrawaniem, OWPW 1998
2. Galwas-Zakrzewska M., Biocydy w środowisku pracy, Bezpieczeństwo pracy Nr 11/2004
3. Materiały informacyjne firm S.T.M. Systemy i Technologie Mechaniczne, HIPRUN oraz UNISIG
4. Kordowska M., Musiał W., Badania chłodzenia procesów obróbki w przemyśle maszynowym i samochodowym, Autobusy 7-8/2017
5. Streubel A., Kuran M., Subbotko R., Wpływ chłodzenia na opory skrawania w wierceniu stali CK45, Technologia i automatyzacja montażu 2/2008
6. Wolszczak P., Szalczyński P., Płaska S., Chłodzenie narzędzi skrawających, Mechanik Nr 3/2015
7. Chłodziwa ekologiczne w skrawaniu – procestechnologiczny.com.pl