správná volba chlazení řezného nástroje při obrábění (2)

V tomto dílu seriálu Výběr vhodného CNC obráběcího stroje je prostor věnován správné volbě chlazení řezného nástroje při obrábění. Uvažujete o maximálně dvacetibarovém středovém chlazení a myslíte si, že je pro vaše technologie obrábění zcela dostačující? Víte, jaký objem chladicí kapaliny je potřeba dodávat do místa řezu za konkrétní časový interval? Je potřeba filtrovat chladicí kapalinu a je propustnost 10 mikronů dobré řešení? V jakých časových intervalech kontrolovat kvalitu používané chladicí kapaliny a jaké parametry hlídat?

Středové chlazení
Chlazení vedené středem nástroje (u vrtání a frézování) nebo přesně zacílené na řeznou hranu (v případě soustružení), je základní podmínkou skutečně efektivního chlazení. Jedině tak lze zajistit, aby se do řezné zóny dostalo takové množství kapaliny, které je nutné k odvedení veškerého tepla z místa řezu, aby toto množství bylo přesně definovatelné a aby se eliminovalo zbytečné nadměrné zaplavování kapalinou, která pak nevyužitá odtéká do odpadu. (V tomto případě, horší než samotné plýtvání chladicí kapalinou je zbytečné nadměrné zatěžování pump, zanášení filtrů apod.)

Správnou volbou tlaku dopravovaného chladicího media pro konkrétní technologii obrábění zaručíme dostatečný přísun tohoto chladicího media do místa řezu. Kolik je ho v místě řezu potřeba? Přesně tolik, aby dokázalo odvést vzniklé teplo z místa řezu.

Vysokotlaké chlazení
Bez dostatečně vysokého tlaku chladicí kapaliny nelze zajistit, aby se většina chladicího média dostala skutečně do místa řezu (v případě vrtání až na řeznou hranu vrtáku zanořeného v hlubokém otvoru) a aby nedocházelo ke vzniku přehřáté páry, která by bránila dalšímu přísunu chladicího media. Jedině silný (natlakovaný) proud kapaliny navíc dokáže odplavit z místa řezu všechny třísky. Stabilně udržovaná nízká teplota s sebou nese i velice pozitivní efekt vzniku krátkých třísek, které se nenamotávají na nástroje a snadno se odstraňují. Jaké tlaky jsou tedy doporučovány? Obecně lze říci, že pro většinu operací jsou dostatečné tlaky okolo 70 barů – vyšší tlaky si budou žádat pouze speciální náročné dílčí operace a speciální materiály.

Velkoobjemové chlazení
Pro kvalitní a přesně reprodukovatelné obrábění je nezbytné, aby bylo z místa řezu odstraněno veškeré teplo. Toho nelze dosáhnout bez dostatečně velkého objemu chladicí kapaliny, který by byl spojitě dodáván do místa řezu. Existuje ale jednoduché pravidlo, podle kterého by si každý dokázal spočítat, jaký průtok chladicí kapaliny potřebuje pro svůj stroj a výrobu? Naštěstí ano. Potřebné množství chladicího media závisí na velikosti používaného nástroje, na počtu nástrojů, které jsou současně v záběru, a na okamžitém výkonu stroje snímaném na vřeteni. Jako vodítko lze použít následující relace:

Operace	Vztah
vrtání	1,5 l.min-1 / 1 mm průměru nástroje
soustružení	2,36 l.min-1 / 1 kW řezného výkonu nástroje
frézování	2,36 l.min-1 / 1 kW řezného výkonu nástroje

Filtrace
Obrábět kvalitně, efektivně a bez rizika poškození stroje, nástrojů i obrobků lze jedině s účinnou a kvalitní filtrací. Nároky na filtraci se budou pochopitelně lišit provoz od provozu. Nicméně i tak můžeme vyslovit obecně platné pravidlo, že horní hranice propustnosti filtru, který lze považovat za kvalitní, je 20 μm. Žádný nástroj, do kterého nalétávají větší částice, už totiž déle nebude ani přesný ani vyvážený. (Nemluvě o vysokém riziku poškození všech částí stroje, kudy prochází nedostatečně vyčištěná kapalina apod.) Jaký stav lze považovat za ideální? Budete-li filtrovat chladicí kapalinu na bázi vody 5mikronovými filtry a olejové emulze 20 mikrony, můžete si být jisti, že jste pro váš stroj i výrobu zajistili z hlediska filtrace to nejlepší. (Náročnější operace a typy strojů mohou pochopitelně vyžadovat i filtraci jemnější, řekněme 2 μm.)
V poslední době se navíc stále častěji objevují požadavky na bezobslužnost a ta bývá tradičně spojována s pásovými papírovými filtry. Papírové filtry ale v žádném případě nesplňují přísná kritéria propustnosti, zabírají velkou podlahovou plochu, zanedbatelná není ani jejich cena a zatěžování životního prostředí při likvidaci. Novým řešením, které velmi dynamicky proniká nejen na zahraniční trhy, ale významně se uplatňuje i u nás, je filtrace na bázi odstředivky, resp. reverzní odstředivky. Účinnost těchto zařízení bývá veliká (až 98 % při filtraci do 2 μm), poruchovost minimální, filtry jsou relativně malé a kompaktní, celá procedura je zcela bezobslužná a jediným odpadem je odstředěný kal.

Kvalita chladicí kapaliny
Zde platí v zásadě čtyři hlavní pravidla: chladicí kapalina musí dobře mazat, koncentrace chladicí kapaliny nesmí být menší než 8 % a ne větší než 12 % (nezapomeňte, že čím větší je povrch nejsložitějšího používaného nástroje, tím vyšší koncentrace je potřeba), chladicí kapalina nesmí pěnit a skutečně se vyplatí používat výrobky pouze osvědčených dodavatelů.

Uvažujete-li v těchto dnech o koupi nového obráběcího stroje, měli byste se ve svých úvahách rozhodně zastavit i u volby chladicího systému. Stejně tak, pokud vás zaměstnávají myšlenky ohledně efektivity a kvality výroby ve vašem provozu nebo máte-li problémy s vysokou úmrtností nástrojů.

Tento seriál si neklade za cíl poučovat, ale otevírat oči. Jedná se o subjektivní vyjádření autora, aktivně působícího v oboru CNC obráběcích strojů od roku 1997, v oblastech CAD/CAM software, obsluhy CNC řídicích systémů, NC programování a seřízení výroby.

Vlastimil Staněk

podrubriky seriál Výběr vhodného CNC obráběcího stroje, Technický tydeník, 2012:

sitemap