2008-M10-Obróbka wałów korbowych - MMS - cz 1

•
MECHANIK NR 8-9/2008
Artykuł promocyjny
Gühring oHG
NOWOCZESNE NARZĘDZIA
Tak produkują najlepsi
Obróbka na sucho • Chłodzenie mgłą olejową
(MMS – MinimalMengenSchmierung) (MQL – Minimal Quantity Lubrication)
na przykładzie obróbki kutych wałów korbowych
PORÓWNANIE ASPEKTÓW TECHNICZNYCH I EKONOMICZNYCH Z TECHNOLOGIĄ TRADYCYJNĄ
Poszukiwanie możliwości zwiększenia wydajności
obróbki skrawaniem jest procesem ciągłym i trwa już
od dziesięcioleci. Podstawową barierą wzrostu wydajności była trwałość materiałów narzędziowych. Przez
dziesięć lat dominowały narzędzia ze stali szybkotnących. Bardzo znaczący wzrost wydajności obróbki
metali nastąpił dzięki rozwojowi i udoskonaleniu produkcji węglików spiekanych (węgliki z ultradrobnego
ziarna 0,3 ÷ 0,5 µm) oraz wprowadzeniu pokryć supertwardych (TiN w 1980 r. i TiAlN /TiCN w 1989 r.),
a także narzędzi z polikrystalicznego diamentu (PKD).
W obróbkach wiercenia, frezowania, a także gwintowania i rozwiercania podstawowym czynnikiem
umożliwiającym duży wzrost wydajności było opracowanie prostej (i taniej) technologii wykonywania wewnętrznych kanałów doprowadzających chłodziwo
w prętach z węglików spiekanych, z których wykonywane są narzędzia rotacyjne. To z kolei umożliwiło
doprowadzenie chłodziwa bezpośrednio w strefę
skrawania.
Wzrost intensywności obróbki powodował wzrost
ilości wydzielanego ciepła; wzrastała też ilość wytwarzanych wiórów. Niezbędne stawało się więc proporcjonalnie zwiększanie ilości dostarczanego chłodziwa.
W końcowych latach dziewięćdziesiątych XX w
producenci zauważyli, że w bezpośrednich kosztach
obróbki skrawaniem wartość zakupu, utrzymania
i utylizacji chłodziw stanowi ponad 70% tych kosztów
(rys. 1).
Rozpoczęto poszukiwania takich metod obróbki,
które pozwoliłyby bez straty wydajności obróbki
zmniejszyć koszty zużywanych chłodziw. Okazało
się, że najkorzystniejsze wyniki uzyskano przy zastosowaniu techniki chłodzenia mgłą olejową. Czysta
obróbka na sucho nie pozwalała na prowadzenie
stabilnego i wydajnego procesu. Chłodzenie mgłą
olejową – dzięki temu, że zapewnia smarowanie,
chłodzenie i ułatwia transport wiórów – pozwoliło na
utrzymanie wydajności obróbki przy której zarówno
wióry, jak i część obrabiana pozostawały suche (zużycie oleju może wynosić np. tylko 6 ÷ 8 ml oleju/h) !
Metoda obróbki z chłodzeniem mgłą olejową szybko uzyskała akceptację w przemyśle, gdyż zastosowanie jej było możliwe na dotychczas użytkowanych
obrabiarkach. Niezbędne jest tylko doposażenie obrabiarek w urządzenia wytwarzające mgłę olejową
i gwarantujące doprowadzenie jej do strefy skrawania
poprzez narzędzie. Narzędzia skrawające stosowane
w tej obróbce formalnie niewiele różnią się od narzędzi stosowanych przy chłodzeniu emulsją, lecz ich
modyfikacja jest niezbędna (rodzaj węglika; geometria
narzędzia; sposób wykończenia powierzchni itp).
Rys. 1. Udział kosztów zakupu,
utrzymania i utylizacji chłodziw
w kosztach obróbki skrawaniem
Obecnie istnieją dwa systemy wytwarzania mgły
olejowej stosowane do chłodzenia: 2-kanałowy i 1kanałowy. Elementami wspólnymi obu systemów jest:
zbiornik oleju,
kanał doprowadzający przez wrzeciono obrabiarki i narzędzie,
urządzenie do mieszania.
•
MECHANIK NR 8-9/2008
Zalety chłodzenia mgłą olejową:
redukcja czasu obróbki dzięki
wyższym szybkościom
skrawania,
obrobione części pozostają
suche,
zbędne jest odtłuszczanie
obrobionych części,
wióry pozostają suche,
nie ma wokół obrabiarki strefy
zaolejenia,
brak wydatków na
gospodarkę chłodziwami,
dłuższa trwałość narzędzi
dzięki eliminacji szoku
termicznego,
mniejsze koszty na zakup
nowych obrabiarek,
eliminacja chorób
„odchłodziwowych” wśród
pracowników,
ochrona środowiska.
a)
b)
Rys. 2. System 2-kanałowy (a), system 1-kanałowy (b)
System 2-kanałowy ma ponadto:
oddzielne doprowadzenie mediów przez wrzeciono (kanał wewnętrzny i zewnętrzny) oraz wirującą
lancę,
mieszanie mediów następujące pomiędzy wrzecionem a narzędziem.
W systemie 1-kanałowym mieszanie mediów następuje w zbiorniku oleju przed wlotem do wrzeciona.
„Gotowa” mgła olejowa dostarczana jest przez wrzeciono i narzędzie (rys. 2).
System 2-kanałowy jest stosowany przy dużych seriach produkcyjnych, w procesach obróbkowych z dużą
liczbą wymian narzędzi (centra obróbkowe). System 1-kanałowy jest natomiast stosowany przy produkcji
mało- i średnioseryjnej, na obrabiarkach o ograniczonej wielkości przestrzeni roboczej (centra tokarskie, linie
automatyczne), a także przy adaptacji-przebudowie używanych obrabiarek, gdy stosowane jest równoległe
chłodzenie emulsją i mgłą olejową.
Rozwój urządzeń wytwarzających mgłę olejową był (i jest) bardzo intensywny. Zakres zastosowań i uzyskiwane parametry dostarczanej mgły olejowej są bardzo wysokie. Intensywność chłodzenia, wspomaganie ewakuacji
wiórów oraz jakość smarowania
pozwoliły nie tylko utrzymać parametry skrawania, lecz w wielu
wypadkach znacznie je przekraczać (rys. 3).
Rys. 3. Intensywność przepływu mediów chłodzących:
– średnia szybkość przepływu czynnika chłodzącego [m/s]:
MMS (powietrze): 30,4 m/s
emulsja: 3,5 m/s
– wydatek przepływu czynnika chłodzącego przez rowki wiórowe [l/h]:
MMS: 6960 l/h (powietrza!)
emulsja: 600 l/h
Zastosowanie wiercenia z chłodzeniem mgłą olejową wymagało modyfikacji wielu parametrów wierteł, ale
główną trudnością okazało się stabilne dostarczenie mgły olejowej do strefy skrawania. Na przejściu mgły
olejowej z wrzeciona do oprawki narzędziowej i narzędzia następuje wykraplanie oleju i w efekcie do strefy
skrawania dociera „suche” powietrze. Efektem jest pogorszenie warunków skrawania, a w konsekwencji duży
•
MECHANIK NR 8-9/2008
Rys. 4. Badanie różnych zakończeń uchwytów dla chłodzenia mgłą olejową
śruba z końcówką uszczelniającą,
regulacja od tyłu poprzez sześciokąt,
wielkość regulacji 10 mm dla wszystkich
średnic,
możliwość stosowania automatycznej
i ręcznej wymiany narzędzi,
taka sama koncepcja dla oprawek
termoskurczowych i hydraulicznych,
zastosowanie również do chłodzenia
emulsją.
Rys. 5. Końcówka przekjazująca mgłę olejową do narzędzia i jej cechy
spadek trwałości narzędzi. Usunięcia tych mankamentów dokonano w Ośrodku Badawczo-Rozwojowy firmy Gühring. Opracowano tam specjalne konstrukcje wkładek do oprawek hydraulicznych i skurczowych oraz odpowiednie zakończenie chwytu
narzędzia zapobiegające wytrącaniu się oleju z mgły olejowej
(rys. 4).
Opracowanie
rozwiązania
konstrukcyjnego węzła styku narzędzia i oprawki mocującej narzędzie zapewniło nie tylko podstawowy efekt utrzymania jakości mgły, ale także zagwarantowało:
prostotę i komfort użycia,
niskie koszty wykonania,
optymalną szczelność,
możliwość stosowania w systemach 1-kanałowych oraz
2-kanałowych,
możliwość stosowania również przy użyciu emulsji.
Ostateczne rozwiązanie konstrukcyjne przedstawia rys. 6.
Rozwiązanie to
zostało przez firmę
Gühring opatentowane !
Rys. 6. Ostateczna wersja chwytu zapewniająca optymalny przepływ mgły olejowej – stożkowe zakończenie chwytu z półokrągłym rowkiem i śrubą stożkową
c.d. w Mechaniku nr 10/2008
Szczegółowych informacji technicznych i handlowych udziela:
GÜHRING POLSKA Sp. z o.o.
ul. Hennela 5, 02-495 Warszawa,
tel.: 022 478-33-11 fax: 022 478-34-38 e-mail: [email protected]
REGIONALNY DZIAŁ HANDLOWY
ul. Wrocławska 152-190, Biurowiec AGROMA, 62-800 Kalisz
tel. 062 768-31-50; fax 062 768-31-51
e-mail: [email protected]
Nasze Centrum Ostrzarskie zapewnia szybką i tanią regenerację wszystkich narzędzi!
GÜHRING KATOWICE Sp. z o.o. – CENTRUM OSTRZARSKIE
ul. Tworzeń 162-164, 41-308 Dąbrowa Górnicza
tel. 032 262-80-69; tel./fax 032 261-57-58
e-mail: [email protected]