Doprowadzanie cieczy chłodząco-smarującej pod wysokim ciśnieniem obniża temperaturę narzędzia

Ukierunkowane doprowadzanie cieczy ppchłodząco-smarującej powoduje głębokie docieranie cieczy do krawędzi skrawającej. Tworzy się klin cieczy, który efektywnie chłodzi i smaruje miejsce skrawania © WZl

Udostępnij:

Efektywniejsze chłodzenie ostrza narzędzia cieczą chłodząco-smarującą pod wysokim ciśnieniem przy toczeniu stali odpornej na korozję znacznie obniża temperaturę w pobliżu krawędzi skrawającej. Zmniejsza to zużycie narzędzia i umożliwia stosowanie wyższych wartości parametrów skrawania.

Stale odporne na korozje są tą grupą materiałów, której technologiczne i gospodarcze znaczenie w ostatnich latach ciągle wzrasta. Najbardziej rozpowszechnionymi stalami nierdzewnymi są przede wszystkim austenityczne stale chromowe i niklowe, niemagnetyczne i nieulegające utwardzeniu przez obróbkę cieplną. W porównaniu ze stalami ferrytyczno-perlitycznymi albo ulepszonymi cieplnie są one wyraźnie trudniej skrawalne. Przyczyną tego jest ich wysoka zdolność odkształcania się i odporność na obciążenia dynamiczne, skłonność do utwardzania zgniotowego i do adhezji z materiałem narzędzia skrawającego oraz przewodność cieplna niższa o około 1/3 w porównaniu ze stalami niestopowymi. Pogarsza to odprowadzanie ciepła poprzez wiór i zwiększa obciążenie cieplne krawędzi skrawającej.



Zmniejszenie wysokiego obciążenia cieplnego przez chłodzenie
Skutkiem tych właściwości materiałowych, pomimo stosunkowo małej wytrzymałości stali austenitycznych CrNi na rozciąganie, jest wysokie obciążenie cieplne krawędzi skrawających narzędzia, zwiększone użycie powierzchni przyłożenia i/albo natarcia, sklejanie się materiałów, zużycie karbowe, wykruszenia i wyłamania materiału narzędzia skrawającego. Wskutek tego obróbka skrawaniem jest możliwa w wielu wypadkach tylko przy zastosowaniu stosunkowo niskich prędkości skrawania, powodując skrócenie krótkiej trwałości i obniżając jakość powierzchni.



Przy toczeniu stali austenitycznych powstają często wióry skłębione
Pomimo zastosowania płytek skrawających o skomplikowanej geometrii łamaczy wiórów przy toczeniu stali austenitycznych często powstają wióry wstęgowe albo skłębione ze względu na ciągłe skrawanie oraz wysoką ciągliwość materiału. Dotyczy to przede wszystkim operacji krytycznych, jak np. toczenia poprzecznego, toczenia odsadzeń albo toczenia wykańczającego z małym przekrojem wióra.
W celu uzyskania korzystnych kształtów wióra często nie można wybierać parametrów skrawania pod kątem maksymalnej ekonomiczności, ale muszą być one dobierane w wąskich granicach (wykres łamania wióra).

Zastosowanie cieczy chłodząco-smarujących jest najczęściej nieodzowne przy toczeniu stali nierdzewnych ze względu na wyżej wymienione problemy. Przy konwencjonalnej obróbce na mokro miejsce skrawania jest jedynie opłukiwane lub zalewane cieczą chłodząco-smarującą. W tych warunkach nie istnieje efektywne chłodzenie ostrza narzędzia i strefy kontaktu z wiórem, ponieważ w pierwszej kolejności ciecz chłodząco-smarująca zwilża górną powierzchnię wióra. Ukierunkowanie doprowadzania cieczy chłodzącosmarującej (CCS) do miejsca skrawania pod zwiększonym ciśnieniem (wysokociśnieniowe doprowadzanie CCS) jest w związku z tym metodą bardzo obiecującą, pozwalającą zapewnić łamanie wiórów i obniżyć zużycie narzędzia albo znacząco zwiększyć objętość wytwarzanego wióra w jednostce czasu przy takim samym albo zmniejszonym zużyciu narzędzia. Doprowadzanie CCS pod zwiększonym ciśnieniem od strony powierzchni natarcia jest najbardziej rozpowszechnionym wariantem doprowadzania. Strumień CCS,skupiony i dokładnie ukierunkowany przez dysze umieszczone w imaku narzędziowym, jest doprowadzany z dużą prędkością do klina powstającego w procesie toczenia pomiędzy dolną powierzchnią wióra i powierzchnią natarcia.

Klin cieczy efektywnie chłodzi i smaruje miejsce skrawania
Ukierunkowane doprowadzanie cieczy chłodząco-smarującej powoduje głębokie jej docieranie do krawędzi skrawającej. Tworzy się wówczas klin cieczy, który efektywnie chłodzi i smaruje miejsce skrawania (termiczne i trybologiczne działanie strumienia). Poza tym skupiony strumień CCS wywiera siłę hydrodynamiczną na dolną powierzchnię wióra, która działa jak „płynny łamacz wióra" (mechaniczne działanie strumienia). Wskutek tego ulega zmniejszeniu promień zakrzywienia wióra górę, polepsza się zdefiniowany proces łamania wióra i wyraźnie zmniejsza się strefa kontaktu pomiędzy nim a powierzchnią natarcia narzędzia, zależnie od przypadku zastosowania. Z opisanych efektów i wyraźnie efektywniejszego chłodzenia miejsca skrawania w obszarze wtórnej strefy ścinania w porównaniu z konwencjonalnym chłodzeniem zalewowym wynika wyraźne zmniejszenie cieplnego obciążenia narzędzia. Wskutek tego w większości przypadków zastosowania można znacząco zmniejszyć zużycie narzędzia pod wpływem czynników cieplno-mechanicznych. W ten sposób stworzone zostają dobre warunki do zwiększenia wydajności przez zwiększenie parametrów skrawania przy jednoczesnym powstawaniu krótkich wiórów. 

Więcej na ten temat w MM Magazynie Przemysłowym nr 11/2011

o autorach:
prof.dr inż. Fritz Klocke jest dyrektorem Laboratorium Obrabiarek (Werkzeugmaschinenlabor - WZL) na WRTH (Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule) w Akwizgranie (Aachen); mgr inż. Dieter Lung jest kierownikiem wydziału Technologii Skrawania, a mgr inż.. Hubertus Sangermann jest pracownikiem naukowym WZL
.

Udostępnij:

Drukuj



MM Magazyn Przemysłowy Online

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.




TOP w kategorii







Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również