Jak stosować chłodziwo i ciecz obróbkową podczas toczenia

Podstawowymi zadaniami cieczy obróbkowej są: odprowadzanie wiórów, chłodzenie i smarowanie narzędzia oraz przedmiotu obrabianego. Prawidłowo doprowadzane chłodziwo zwiększa bezpieczeństwo procesu oraz poprawia efektywność pracy narzędzia i jakość wykonania przedmiotu.

W niektórych przypadkach z ekologicznego i ekonomicznego punktu widzenia korzystna może być eksploatacja obrabiarki bez chłodziwa (obróbka na sucho). Jeśli zdecydują się Państwo na obróbkę na sucho, prosimy o kontakt ze specjalistą z firmy Sandvik Coromant celem dobrania najlepszego narzędzia oraz geometrii i gatunku płytki.

Wiele zastosowań wymaga użycia chłodziwa ze względu na czynniki związane z tolerancją wykonania, chropowatością powierzchni i skrawalnością. W zastosowaniach wymagających chłodziwa należy zoptymalizować jego użycie, aby jak najlepiej wykorzystać jego możliwości.

Oto różne aspekty stosowania chłodziwa mające znaczenie dla procesu obróbki:

• Nośniki chłodziwa
• Wylot chłodziwa
• Ciśnienie chłodziwa

Nośniki chłodziwa

Do toczenia używa się szeregu różnych nośników chłodziwa:

• Najczęściej stosowanym nośnikiem chłodziwa jest emulsja, czyli mieszanina wody i oleju (5-10% zawartości oleju w wodzie)
• Olej, który w niektórych obrabiarkach jest używany zamiast emulsji
• Sprężone powietrze, które używane jest do odprowadzania wiórów, ale nie zapewnia właściwego odprowadzania wysokiej temperatury
• Minimalne smarowanie (MQL - minimum quantity lubrication) sprężone powietrze z niewielką domieszką oleju zapewniającą smarowanie
• Chłodziwo kriogeniczne, czyli skroplony gaz używany jako chłodziwo w celu maksymalizacji efektu chłodzącego

Emulsja, olej oraz powietrze mogą być podawane przez kanały chłodzenia w narzędziach tokarskich. Używając słowa „chłodziwo” w znaczeniu ogólnym, mamy na myśli chłodzenie emulsją lub olejem. Zastosowanie chłodziw MQL i kriogenicznych wymaga użycia specjalnego sprzętu.

Wylot chłodziwa

Większość nowoczesnych narzędzi tokarskich jest wyposażonych w wewnętrzne doprowadzanie chłodziwa przez narzędzie, a wiele z nich oferuje precyzyjne doprowadzanie chłodziwa na powierzchnię natarcia (od góry) i powierzchnię przyłożenia (od dołu). Wyloty w narzędziu mogą należeć do następujących typów, zróżnicowanych pod względem korzyści dla procesu obróbki:

• Precyzyjne podawanie chłodziwa lub precyzyjne podawanie chłodziwa na powierzchnię natarcia (od góry): dysza (lub podobny element) kieruje strumień chłodziwa bezpośrednio na strefę skrawania od strony natarcia. Zmniejsza temperaturę i usprawnia kontrolę wiórów. Może być używane pod wysokim ciśnieniem w celu usprawnienia łamania wiórów
• Podawanie chłodziwa na powierzchnię przyłożenia (od dołu): strumień chłodziwa trafia na powierzchnię przyłożenia, co skutecznie odprowadza ciepło z płytki, zwiększając trwałość narzędzia
• Konwencjonalny wylot chłodziwa: np. regulowane dysze, które w większości przypadków mają większą średnicę wylotu niż dysze do precyzyjnego podawania chłodziwa. Ich zadaniem jest kierowanie przepływu chłodziwa na płytkę i przedmiot podczas obróbki (układ określany także jako układ chłodziwa z przepływem). Narzędzia te nie są przeznaczone do pracy pod wysokim ciśnieniem

Porównanie konwencjonalnego podawania chłodziwa z podawaniem precyzyjnym

Precyzyjne podawanie chłodziwa

Nowoczesne narzędzia tokarskie posiadają dysze do precyzyjnego podawania chłodziwa, które kierują chłodziwo dokładnie na strefę skrawania od strony natarcia, co umożliwia kontrolę łamania wiórów i oferuje bezpieczeństwo obróbki. Poprzez zmianę średnicy dyszy możliwa jest regulacja natężenia przepływu i prędkości podawania chłodziwa, a w rezultacie optymalizacja wykorzystania możliwości obrabiarki, wydłużenie trwałości narzędzia i efektywniejsze formowanie wiórów.

Korzystne efekty zastosowania precyzyjnego podawania chłodziwa można zauważyć już przy niskim ciśnieniu chłodziwa, ale im wyższe ciśnienie, tym większe możliwości udanej obróbki materiałów trudno skrawalnych.

Dzięki zastosowaniu precyzyjnego podawania chłodziwa uzyskuje się poprawę przebiegu łamania wiórów, większą trwałość narzędzia i bezpieczeństwo procesu oraz lepszą produktywność.

Bez precyzyjnego podawania chłodziwa problemem może być zakleszczanie wiórów, powodujące przerwy w obróbce, interwencje serwisowe, szybsze zużycie narzędzia oraz dużą chropowatość powierzchni.

Chłodziwo podawane na powierzchnię przyłożenia (od dołu)

W większości nowoczesnych koncepcji tłoczenia stosuje się także podawanie chłodziwa na powierzchnię przyłożenia (od dołu). Podawanie chłodziwa na powierzchnię przyłożenia (od dołu) umożliwia kontrolowanie temperatury w strefie skrawania, a co za tym idzie zapewnienie większej trwałości narzędzia i przewidywalne warunki obróbki.

Podawanie chłodziwa na powierzchnię przyłożenia (od dołu) jest bardzo wydajne już przy niskim ciśnieniu chłodziwa, ale im wyższe ciśnienie, tym większy wpływ na wzrost trwałości narzędzia. Można zwiększyć prędkość skrawania lub posuw, aby poprawić efektywność.

Jak podawać chłodziwo: od góry czy od dołu? A może jedno i drugie?

W niektórych zastosowaniach narzędzi z możliwością podawania chłodziwa od góry (podawania precyzyjnego) i od dołu wyłączenie chłodziwa podawanego od góry może być korzystne. W dużym stopniu zależy to od materiału obrabianego, gatunku płytki i parametrów skrawania.

W przypadku gatunków z cienkim pokryciem, takich jak gatunki pokrywane metodą PVD będące pierwszym wyborem przy obróbce materiałów z grupy ISO S, najlepiej stosować podawanie chłodziwa jednocześnie na powierzchnię natarcia (od góry) i na powierzchnię przyłożenia (od dołu), aby chronić płytkę przed wysoką temperaturą i deformacją plastyczną.

Gatunki z grubym pokryciem, np. pokrywane metodą CVD i będące pierwszym wyborem przy obróbce materiałów z grup ISO P i ISO K, są dobrze chronione przez swoją powłokę przed wysoką temperaturą. W przypadku tych gatunków podczas obróbki zgrubnej i średniej można uzyskać najlepszą trwałość narzędzia przy podawaniu chłodziwa wyłącznie na powierzchnię przyłożenia (od dołu). Patrz niebieski wykres oraz objaśnienie dotyczące materiałów z grupy ISO P poniżej.

W przypadku gatunków ze średnim pokryciem, np. pokrywane metodą CVD i będące pierwszym wyborem przy obróbce materiałów z grupy ISO M, zaleca się podawanie chłodziwa jednocześnie na powierzchnię natarcia (od góry) i na powierzchnię przyłożenia (od dołu). Jeśli jednak podczas eksploatacji wystąpi zużycie kraterowe, należy zastosować wyłącznie podawanie chłodziwa na powierzchnię przyłożenia (od dołu) i porównać trwałość narzędzia.

Dowiedz się więcej o zużywaniu się płytek.

Zalecenia odnośnie stosowania chłodziwa podczas toczenia stali

• Aby zwiększyć trwałość narzędzia, stosować chłodziwo podawane na powierzchnię przyłożenia (od dołu)
• Stosować chłodziwo podawane od góry (i od dołu), jeśli konieczne jest uzyskanie lepszej kontroli wiórów, zazwyczaj wymagane w niebieskim obszarze głębokości skrawania (a_p) i posuwu (f_n)
• Poza niebieskim obszarem podawanie chłodziwa na powierzchnię natarcia (od góry) może powodować niewielkie zużycie krawędzi i zwiększone zużycie kraterowe. Zużycie kraterowe może być trudne do wykrycia i prowadzić do nieprzewidywalnej, mniejszej trwałości narzędzia. Dlatego zaleca się podawanie chłodziwa na powierzchnię przyłożenia (od dołu). (Jeśli podawanie chłodziwa od dołu nie jest dostępne, należy zastosować narzędzie z konwencjonalnym wylotem chłodziwa)

Korzyści wynikające z zastosowania podawania chłodziwa od góry i od dołu do obróbki różnych materiałów

Ciśnienie chłodziwa

Chłodziwo podawane pod wysokim ciśnieniem zwiększa zużycie energii, co należy rozważyć z perspektywy zrównoważonego rozwoju i kosztów. Jednak zastosowanie wysokiego ciśnienia może również na różne sposoby zwiększać produktywność.

Precyzyjne doprowadzanie chłodziwa pod wysokim ciśnieniem

Wysokie ciśnienie chłodziwa w obrabiarce oraz dysza zapewniają uformowanie strumienia chłodziwa o wysokiej prędkości, co z kolei tworzy efekt klina hydraulicznego. Dysza doprowadzająca chłodziwo spełnia trzy podstawowe zadania:

1. Zapewnia bardziej wydajne chłodzenie płytki w strefie styku (A)
2. Szybko usuwa wióry z powierzchni natarcia, zmniejszając zużycie ostrza (B)
3. Ułatwia łamanie wiórów na mniejsze kawałki i odprowadzanie ich ze strefy skrawania

Stosować odpowiednie ciśnienie chłodziwa

7–10 bar (100–150 psi)

Precyzyjne podawanie chłodziwa zapewnia lepszą kontrolę wiórów oraz większe bezpieczeństwo obróbki stali i innych, często spotykanych materiałów. Precyzja podawania chłodziwa pozwala zwiększyć parametry skrawania bez pogorszenia bezpieczeństwa obróbki.

70–80 bar (1000–1200 psi)

Przy wyższym ciśnieniu można również uzyskać łamanie wiórów. Geometrie zaprojektowane do precyzyjnego podawania chłodziwa pozwalają poprawić wyniki skrawania.

150–200 bar (2200–2900 psi)

Wyższe ciśnienie chłodziwa jest konieczne przy obróbce trudnych materiałów, np. stali nierdzewnej duplex i superstopów. Należy używać oprawek z dyszami przeznaczonymi do precyzyjnego podawania chłodziwa oraz dostosowanych geometrii.