Chłodzenie kriogeniczne CO2 zmniejsza zużycie narzędzi

© Hamuel

Udostępnij:

 

Przy użyciu chłodzenia CO2 można znacznie udoskonalić skrawanie tworzyw odpornych na wysoką temperaturę, zwłaszcza obróbkę zgrubną. Mniejsze zużycie narzędzi oznacza zwiększenie trwałości i parametrów skrawania w porównaniu do tradycyjnych metod w zakresie smarowania chłodzącego.

Podczas obróbki skrawaniem odpornych na wysoką temperaturę gatunków stali i nadstopów w technice energetycznej, w przemyśle lotniczym, ale także w branży motoryzacyjnej mogą występować bardzo wysokie temperatury procesowe. W szczególności dotyczy to obróbki zgrubnej takich materiałów. Konsekwencjami tego są: większe zużycie narzędzi, pogorszone parametry skrawania, a tym samym dłuższy czas obróbki i jej wyższe koszty. Do ekonomicznej obróbki takich grup materiałów standardowe metody smarowania chłodzącego (chłodzenie pełnostrumieniowe przy użyciu emulsji, oleju lub smarowania ilością minimalną SIM) są często nieodpowiednie. Jest tego kilka powodów.



Dotychczasowe sposoby chłodzenia nie są optymalne
Wady tradycyjnych sposobów smarowania chłodzącego to na przykład:

  • ryzyko szoku termicznego na narzędziu spowodowane przez wysokie różnice temperatur (chłodzenie pełnostrumieniowe przy użyciu emulsji),
  • dobre smarowanie przy słabym działaniu chłodzącym ze zwiększonym zużyciem narzędzi (SIM na przykład w przypadku nadstopów).

 

Ogółem można stwierdzić, że tradycyjne metody chłodzenia w odniesieniu do wielu procesów specjalnych nie są optymalne pod względem technicznym i ekonomicznym. Z tego powodu konieczne są innowacyjne metody smarowania chłodzącego. Najnowsze osiągnięcia nauki pokazują, że chłodzenie kriogeniczne jest interesującą nową koncepcją chłodzenia. Pod tą nazwą rozumie się ukierunkowane chłodzenie z bardzo niskimi temperaturami medium chłodzącego. Ma to na celu uniknięcie występowania wysokich temperatur procesowych podczas skrawania. Osiąga się to, kiedy medium chłodzące jest transportowane niemal bez strat, zwykle w postaci płynnej, do ostrza narzędzia i dopiero tam – poprzez rozszerzanie się – osiąga pełne działanie chłodzące.

Jedną z możliwości jest zastosowanie azotu (N2) jako medium chłodzącego, ale jego użycie w tym celu utrudniają następujące wady:

  • intensywne chłodzenie komponentów maszyn i narzędzi (N2 w postaci płynnej ma temperaturę -196°C),
    wysoki nakład w zakresie ochrony pracy (niebezpieczeństwo odmrożeń u ludzi),
  • skomplikowane procedury.

 

Dlatego bardziej preferuje się zastosowanie dwutlenku węgla (CO2), ponieważ jego temperatura przy rozszerzaniu wynosi około -50°C. Przy pomocy tego medium chłodzącego można znacząco udoskonalić skrawanie, zwłaszcza intensywną temperaturowo obróbkę zgrubną tworzyw odpornych na wysoką temperaturę. Potwierdzają to kompleksowe badania, które przeprowadzono w Forschungs- und Transferzentrum e.V. (FTZ) na uczelni Westsächsische Hochschule we współpracy z Alstom Power i producentem maszyn narzędziowych Hamuel na łopatach turbin z różnych odmian stali odpornych na wysokie temperatury.

Na wybranym typie łopaty turbiny podczas obróbki zgrubnej przeprowadzono badania porównawcze pod względem właściwości temperatury na narzędziu i przedmiocie obrabianym oraz postępującego zużycia na ostrzach narzędzi. W tym celu przetestowano różne strategie smarowania chłodzącego niemal w identycznych warunkach testowych z 5-osiowym frezowaniem z toczeniem podczas wytwarzania łopat turbin. Wykresy pokazują, że przy zastosowaniu chłodzenia kriogenicznego temperatura narzędzia (ilustracja 1) i zużycie narzędzia (ilustracja 2) pozostają w idealnym stosunku. Specjalne równomierne działanie chłodzące na płytce wieloostrzowej przestawnej i korpusie prowadzi do najmniejszego zużycia narzędzia w porównaniu z innymi metodami smarowania chłodzącego.



Chłodzenie CO2 polepsza parametry skrawania
Ze względu na znacznie korzystniejsze właściwości zużycia przy stosowaniu chłodzenia CO2 możliwe jest zwiększenie okresu trwałości narzędzi i/lub znaczące zwiększenie parametrów skrawania, czyli większa produktywność skrawania w porównaniu z tradycyjnymi technikami smarowania chłodzącego. Pod względem kosztów produkcyjnych zwiększenie prędkości skrawania i posuwu na ostrzu prowadzi w praktyce do osiągnięcia maksymalnych efektów oszczędności. Oprócz tego chłodzenie CO2 przynosi następujące korzyści:

  • suchy proces skrawania, a tym samym suche wióry,
  • brak szkodliwych dla zdrowia emisji cieczy chłodząco-smarującej,
  • brak kosztów konserwacji, utrzymania i utylizacji cieczy chłodząco-smarującej,
  • obróbka wolna od kontaminacji na przykład do zastosowań w medycynie lub lotnictwie,
  • niewielkie wypaczenie przedmiotu obrabianego ze względu na niższe temperatury przedmiotu obrabianego,
  • możliwa do zastosowania w istniejących instalacjach technika sprzętowa CO2 jest dostępna na rynku.

 

Przy określonych zadaniach w zakresie obróbki istnieje możliwość połączenia chłodzenia CO2 ze smarowaniem z ilością minimalną, co pozwala uzyskać kolejne korzyści ze względu na dodatkowe działanie smarne. Ważnym elementem jest tutaj projektowanie olejów natryskowych niewrażliwych na zimno. Aktualna technika sprzętowa umożliwia zarówno oddzielne zastosowanie CO2 lub smarowania z ilością minimalną przy użyciu układów doprowadzających od wewnątrz i z zewnątrz, jak i równoczesne połączenie obu mediów. Z tego względu planowane są dalsze badania, między innymi w zakresie porównania urządzeń, wpływu metod doprowadzania i łączonych olejów natryskowych.

Udostępnij:

Drukuj



MM




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również