Zrównoważona obróbka skrawaniem metali: z korzyścią dla ludzi, planety i zysku

Metale są dziś podstawą uprzemysłowionego świata. Od stali w budynkach i aluminium w samochodach po tytan w nowoczesnych samolotach i miedź w urządzeniach elektronicznych – metale są ważnym budulcem dla naszej gospodarki. Powszechność ich zastosowania nie będzie malała. W miarę jak rządy na całym świecie będą realizować plany dekarbonizacji, zapotrzebowanie na odnawialne technologie będzie prowadzić do coraz szerszego wykorzystywania metali. Opracowany przez Międzynarodową Agencję Energetyczną (ang. International Energy Agency – IEA) plan działania w zakresie technologii stali i żelaza („Steel and Iron Technology Roadmap”) przewiduje, że globalny popyt na stal wzrośnie o ponad jedną trzecią w okresie od dzisiaj do roku 2050.

Jednak wzrostowi zapotrzebowania na metale towarzyszyć będą rosnące oczekiwania dotyczące sposobu pozyskiwania i produkcji metali oraz ich wykorzystywania w przemyśle wytwórczym.

Produkcja metali od dawna uważana jest za proces wysokoemisyjny. To prawda, że z produkcją stali wiąże się wysoki poziom emisji, jednak branża ta poczyniła pozytywne kroki w kierunku ograniczenia swojego wpływu na środowisko. Przy produkcji ekologicznej stali, na przykład, zastępuje się węgiel koksowy, tradycyjnie wykorzystywany w procesie wytwarzania stali z rudy żelaza, energią elektryczną pozyskiwaną z odnawialnych źródeł oraz wodorem. Może to ogromnie obniżyć emisję związków węglowych podczas procesu produkcji metalu.

Najnowsze innowacje takie jak stal ekologiczna mogą prowadzić do bardziej zrównoważonego przemysłu metalowego w przyszłości, ale istnieją też różne inne technologie, dzięki którym procesy obróbki metali mogą stać się bardziej przyjazne dla środowiska. Producenci muszą znać lepiej te metody, jeśli mają radzić sobie z przyszłymi wyzwaniami dotyczącymi zrównoważonego rozwoju.

W zakładach, których zadaniem jest skrawanie trudnych do obróbki metali w celu nadania im wymaganych kształtów przy wąskich tolerancjach i wyśrubowanych wymaganiach odnośnie jakości powierzchni, niezbędne są odpowiednie narzędzia i fachowa wiedza. W szczególności narzędzie powinno przyczyniać się do większej efektywności procesu obróbki i mniejszego marnotrawstwa oraz wspierać ważne korzyści ekologiczne.

Złomowanie elementów to czynnik, który jest dla zakładu barierą w osiągnięciu najwyższej wydajności. Typowe sytuacje prowadzące do złomowania związane są z użyciem niewłaściwych narzędzi, błędami ludzkimi w programowaniu maszyn oraz niewykrytą niejednolitością surowca powodującą nieprzewidziane problemy z obróbką. Ponadto odpady mają duży wpływ na środowisko, jeśli nie są poddawane recyklingowi. Bank Światowy szacuje, że odpady generowane przez przemysł w skali globalnej są 18-krotnie większe niż odpady stałe wytwarzane przez siedliska ludzkie na całym świecie.

Zakłady obróbki metali chcące ograniczyć złomowanie muszą zapewnić odpowiednią konfigurację narzędzi i dane dotyczące skrawania. Niespełnienie tych wymogów może prowadzić do anomalii w zużyciu narzędzi i w nieprzewidywalny sposób wpływać na okres eksploatacji płytek skrawających – to z kolei powoduje odrzucanie elementów, a co za tym idzie, prowadzi do ich złomowania.

Dobór narzędzia jest szczególnie ważny dla ograniczenia marnotrawstwa w typowym procesie obróbki, jakim jest toczenie. Efektywną obróbkę tokarską stali można osiągnąć, redukując złomowanie i odrzucanie elementów w ramach skutecznej strategii obniżenia kosztów produkcji przy istniejącej konfiguracji procesu obróbki. Strategia ta może obejmować maksymalne wykorzystanie maszyn lub dobór bardziej niezawodnych narzędzi, np. płytek skrawających, w celu obniżenia kosztu każdej części.

Czym jednak charakteryzuje się bardziej niezawodne narzędzie? W celu prowadzenia stabilnej i wydajnej obróbki należy wziąć pod uwagę gatunki tokarskie zapewniające długi i przewidywalny okres eksploatacji narzędzi z dobrą kontrolą wiórów. Wybór narzędzia o dłuższym okresie eksploatacji oraz większej odporności na zużycie i wysoką temperaturę może przynieść wymierne korzyści, takie jak ograniczenie nieplanowanych przestojów czy zmniejszenie odpadów materiałowych z obrabianego elementu lub z samej płytki węglikowej. Takie są niezbędne warunki dla osiągnięcia zrównoważonej obróbki skrawaniem. Zaangażowanie Sandvik Coromant w wykorzystywanie materiałów pochodzących z recyklingu w naszych gatunkach tokarskich także stanowi ważny czynnik, który pomaga z kolei naszym klientom prowadzić bardziej zrównoważoną produkcję. Jednym z kryteriów w naszym projekcie rozwojowym jest zwiększenie zastosowania materiału pochodzącego z recyklingu w naszych narzędziach, a także ograniczanie odpadów.

Coraz większej świadomości potrzeby ochrony środowiska w praktycznie wszystkich gałęziach gospodarki towarzyszy postępująca transformacja cyfrowa. W ankiecie badającej opinie ponad 400 światowych firm produkcyjnych 94% respondentów wskazało, że Przemysł 4.0 pomógł im kontynuować działalność w czasie pandemii. Problemy związane z pandemią COVID-19 były także ostrzeżeniem dla producentów, którzy zwlekają z wdrożeniem strategii Przemysłu 4.0.

Korzyści dla producentów związane z Przemysłem 4.0 są teraz dobrze znane – pomaga on kierownictwu i pracownikom podejmować bardziej świadome decyzje, prowadzi do większej wydajności, pomaga ograniczyć błędy w produkcji i umożliwia wyższe zyski. Jednak mniej uświadamianą zaletą Przemysłu 4.0 jest jego kluczowa rola w dążeniu do zrównoważonego rozwoju.

Dotychczas kierownicy zakładów opierali decyzje dotyczące obróbki na inicjatywie i doświadczeniu swoich pracowników. Maszyny połączone przez Internet Rzeczy (IoT) natomiast mogą wspierać cenne doświadczenie pracowników, oferując nowe możliwości związane z przejrzystością, optymalizacją planowania i usprawnieniem produkcji. W związku z tym obecnie istnieje szereg usług cyfrowych, które mogą pomóc producentom we wdrażaniu bardziej zrównoważonych procesów wytwórczych.

Dobrym punktem wyjścia w każdej strategii zrównoważonej produkcji jest przeprowadzenie audytu aktualnego stanu zakładu w oparciu o informacje oparte na danych. Takie podejście może zidentyfikować kilka obszarów niskiej efektywności, które mogą wpływać na produktywność i zrównoważone działanie zakładu obróbki metali. Jeśli na przykład zakład ma problemy z przedwczesnym zużyciem narzędzi, niską jakością wykończenia powierzchni lub częstymi przestojami maszyn, to dane zbierane przez czujniki mogą pomóc operatorom w dokonywaniu opartych na faktach ulepszeń w procesie obróbki w celu ograniczenia odpadów i zwiększenia sprawności energetycznej.

Możliwym rozwiązaniem tych problemów jest program zwiększenia produktywności – CoroPlus® Productivity Improvement Programme (PIP). Program PIP jest sprawdzonym, ustrukturyzowanym procesem, który można realizować na jednej maszynie, w danym łańcuchu procesowym lub w całym zakładzie. Na początku procesu specjaliści Sandvik Coromant identyfikują nieefektywne obszary produkcji i tam Sandvik Coromant instaluje rozwiązania monitorujące maszyny, które dostarczają przydatne dane w czasie rzeczywistym. Dane te dostępne są zdalnie i umożliwiają dogłębną analizę całego gniazda produkcyjnego, aż do poziomu narzędzia skrawającego.

Program CoroPlus® PIP może pomóc producentom obniżyć koszty i zmniejszyć nieefektywność, a ponadto dzięki niemu proces produkcyjny może stać się bardziej zrównoważony. Prowadząc do tego, że maszyny działają z optymalną wydajnością, oraz skracając czas obróbki, program może eliminować marnotrawstwo i obniżać zużycie energii. A co równie cenne, będący ważnym zasobem pracownicy zakładu będą mieli lepsze warunki pracy, mogąc liczyć na płynne, stabilne i przewidywalne procesy obróbki.

Nawet kilka decyzji opartych na błędnych przesłankach może zdecydować o tym, że zamiast produktywnej i zrównoważonej obróbki metali proces skrawania będzie obciążony marnotrawstwem. W miarę jednak, jak coraz lepiej rozumiemy wpływ obróbki metali na środowisko, wprowadzane są innowacje, które mogą znacznie poprawić wyniki branży w zakresie ochrony środowiska. Dotyczy to także znalezienia bardziej zrównoważonych metod nie tylko produkcji, ale i obróbki metali – z korzyścią dla ludzi, planety, jak i zysku.

Matilda Gynnerstedt

Matilda Gynnerstedt is Head of Product Management Turning at Sandvik Coromant