Zrównoważony rozwój w obróbce skrawaniem. Jaką rolę odgrywa trzymanie narzędzia?

Zrównoważony rozwój to temat, który słusznie stale zyskuje na ważności. Zasoby są ograniczone, a energia jest coraz droższa. Oceniając zrównoważony rozwój, ważne jest, aby nie skupiać się zbyt wąsko na produkcie, ale także wziąć pod uwagę środowisko - cykl życia produktu i cały proces, w którym produkt jest zintegrowany.

Jak wygląda zrównoważony rozwój w obróbce skrawaniem?

Obróbka metalu ma wiele aspektów. W zależności od materiału, geometrii obrabianego elementu i ilości, stosuje się szeroką gamę maszyn, narzędzi i urządzeń mocujących. Należy również wziąć pod uwagę czynniki zewnętrzne, takie jak lokalizacja produkcji, kwalifikacje pracowników i możliwą automatyzację. Istnieje wiele różnych opcji produkcyjnych, które mogą być najlepszym, najbardziej ekonomicznym i zrównoważonym rozwiązaniem w zależności od indywidualnego przypadku. Trudno nie porównywać tu dwóch różnych rzeczy.

Jak oszacować zrównoważony rozwój? Oprócz wykorzystywanych materiałów, efektywność energetyczna jest prawdopodobnie głównym czynnikiem determinującym zrównoważony proces. Dlatego obiecującym podejściem jest poszukiwanie największych odbiorców i optymalizacja wykorzystania przez nich energii.

Obrabiarka oferuje potencjalne oszczędności

W obróbce skrawaniem jest to bez wątpienia obrabiarka, która zużywa większość energii dzięki napędom wrzeciona i osi, urządzeniom peryferyjnym i modułom pomocniczym, takim jak chłodzenie, smarowanie lub zasilanie sprężonym powietrzem.

Przy zakupie nowych maszyn użytkownik może znacznie zmniejszyć zużycie energii, zwracając uwagę na energooszczędne komponenty. – W naszej własnej produkcji nauczyliśmy się, że zastąpienie starego centrum obróbczego nowym, wykorzystującym ten sam proces obróbki, pozwala zaoszczędzić około 30 procent energii." Dodaje jeszcze jeden fundamentalny czynnik: "Jako firma rodzinna zwracamy dużą uwagę na zrównoważony rozwój. Na przykład stal narzędziową pozyskujemy z na rynku niemieckim , od lat korzystamy wyłącznie z energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i inwestujemy w systemy energii słonecznej oraz zieloną infrastrukturę. W ostatnim roku finansowym zainwestowaliśmy łącznie ponad milion euro i zmniejszyliśmy emisje o ponad 250 ton CO2 w skali roku – wyjaśnia Andreas Haimer, Dyrektor Zarządzający i Prezes Grupy HAIMER, lidera na rynku technologii mocowania narzędzi.

Wracając do maszyn, nie każde starsze centrum obróbcze można zastąpić nowym. Oszczędności można również osiągnąć w procesie obróbki, na przykład stosując strategie obróbki zoptymalizowane pod kątem zastosowania CAD/CAM, takie jak frezowanie trochoidalne. Andreas Haimer podaje konkretny przykład: "Klient dostarczył nam dane na temat tego, jak udało mu się skrócić czas obróbki jednej części o 75 procent z 71 minut do 18 minut dzięki zastosowaniu frezowania trochoidalnego z wykorzystaniem naszych uchwytów termokurczliwych HAIMER Power i frezów HAIMER MILL w stosunku do obróbki frezem czołowym. Zmianie strategii obróbki towarzyszyła oszczędność energii dzięki znacznie niższemu zużyciu energii. Podczas gdy obciążenie wrzeciona wynosiło 80-85% dla 10 części w konwencjonalnej obróbce frezem czołowym, co skutkowało całkowitymi kosztami energii wynoszącymi około 150 EUR, strategia frezowania trochoidalnego z obciążeniem wrzeciona wynoszącym 8-10% i znacznie krótszym czasem pracy obrabiarki zmniejszyła koszty energii do 5 EUR dla 10 części. To z kolei oznacza wyższą wydajność przy niższym zużyciu energii na wyprodukowaną część - to właśnie nazywam zrównoważonym i wydajnym rozwojem".

Zrównoważony rozwój narzędzi: podejście holistyczne

Jeśli spojrzysz na cały łańcuch procesu, czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, w jaki sposób uchwyt narzędziowy może przyczynić się do zrównoważonego rozwoju? Biorąc pod uwagę proces obróbki, w którym frezarka zużywa średnio około 30 kW, plus moc urządzeń hydraulicznych i pneumatycznych, urządzeń automatyki i robotów, uchwyt narzędziowy odgrywa jedynie podrzędną rolę. Wynika to z faktu, że uchwyt narzędziowy jest stosunkowo niewielkim detalem, nawet jeśli proces mocowania za pomocą uchwytu termokurczliwego zużywa znikomą ilość energii.

Patrząc na inne systemy mocowania, zużycie energii podczas obkurczania jest wyższe w eksploatacji niż w przypadku uchwytu hydraulicznego lub frezarskiego. Jeśli spojrzeć na cały cykl życia uchwytu narzędziowego, który obejmuje produkcję, konserwację i utylizację, wyłania się zupełnie inny obraz.

Produkcja uchwytu hydraulicznego wymaga znacznie więcej wysiłku i energii ze względu na jego bardziej skomplikowaną strukturę. Oprócz wysoce precyzyjnej obróbki poszczególnych komponentów, dochodzi do tego lutowanie tulei rozprężnej, dodatkowa obróbka cieplna zapobiegająca pękaniu połączenia lutowanego, a także praca, którą trzeba włożyć w czyszczenie, montaż i napełnianie olejem. "Z naszego doświadczenia wynika, że energia wymagana do produkcji jest około trzykrotnie wyższa niż w przypadku uchwytu termokurczliwego" - wyjaśnia Andreas Haimer. "Oprócz uchwytów termokurczliwych, nasz szeroki asortyment zawiera również uchwyty hydrauliczne, choć ich ceny katalogowe są dwa do trzech razy wyższe niż uchwytów termokurczliwych ze względu na złożoność procesu produkcji. Są one właściwym rozwiązaniem dla niektórych zastosowań. Nie są one jednak bardziej zrównoważone. Nasze analizy wykazały, że uchwyt hydrauliczny wymaga około 25 kWh więcej energii do produkcji niż uchwyt termokurczliwy. Z drugiej strony, jeśli chodzi o cykl życia produktu, oznacza to, że uchwyt termokurczliwy o zapotrzebowaniu na energię wynoszącym 0,026 kWh na cykl obkurczania i chłodzenia może zostać skurczony prawie 1000 razy, zanim zużyje więcej energii niż uchwyt hydrauliczny". To samo dotyczy uchwytów frezarskich, które są znacznie bardziej skomplikowane i zawierają więcej komponentów, a także wymagają większej ilości smarów stałych i środków smarnych.

Cykl życia i niezawodność procesu mają kluczowe znaczenie

Oprócz zwiększonych kosztów produkcji, istnieje również różnica w zakresie konserwacji. Podczas gdy uchwyty termokurczliwe Haimer są bezobsługowe ze względu na szczególnie wysoką jakość stali narzędziowej do pracy na gorąco, a w połączeniu z opatentowaną technologią Haimer pt.» coil and shrink fit machine» (maszyna do zwijania i obkurczania), można je wsuwać i wysuwać nieograniczoną liczbę razy, podczas gdy uchwyty hydrauliczne i frezarskie muszą być zwracane do producenta najpóźniej co 2-3 lata w celu sprawdzenia siły mocowania, nasmarowania śruby mocującej lub nasmarowania systemu i przeprowadzania regularnej konserwacji uchwytu ze względu na zużycie. Obecność płynu hydraulicznego lub smaru utrudnia również przyjazną dla środowiska utylizację w porównaniu z uchwytami termokurczliwymi, które nie zawierają żadnych dodatkowych komponentów. Oprócz cyklu życia, istnieją również znaczące różnice pod względem niezawodności procesu: w przypadku obróbki na sucho lub niewystarczającego chłodzenia w procesie obróbki, uchwyty hydrauliczne stwarzają ryzyko pęknięcia komór zaciskowych z powodu wysokiej temperatury, w tym ryzyko wyciągnięcia narzędzia i złomowania. Uchwyty termokurczliwe są pod tym względem bardziej wytrzymałe i trwałe; jeśli chcesz całkowicie wyeliminować ryzyko wysunięcia narzędzia, system Haimer Safe-Lock (Haimer bezpieczna blokada) jest dostępny jako opcja dla uchwytów termokurczliwych, zapewniając 100% bezpieczeństwo.

Zużycie energii widziane z określonej perspektywy

Ale jak naprawdę obliczane jest zużycie energii podczas procesu obkurczania? Nagrzewanie uchwytu termokurczliwego trwa około 5 sekund przy użyciu obecnej maszyny HAIMER. Doświadczeni użytkownicy obkurczają zużyte narzędzie skrawające i obkurczają nowe narzędzie skrawające w ramach jednej operacji. Uchwyt narzędzia jest zatem podgrzewany i chłodzony tylko raz. Maksymalna moc maszyny HAIMER Power Clamp z opatentowaną cewką NG wynosi 13 kW, ale średnia to 8 kW. Oznacza to, że pojedynczy, kompletny proces obkurczania zużywa około 0,011 kWh. Co więcej, chłodzenie zużywa około 0,015 kWh - chociaż urządzenia Haimer mogą chłodzić do pięciu uchwytów równolegle i w tym samym czasie przy prawie takim samym zużyciu energii. W najgorszym przypadku daje to łącznie 0,026 kWh dla całego procesu. Jeśli kilowatogodzina kosztuje 20 centów, obkurczanie i chłodzenie narzędzia kosztuje znikomą kwotę 0,5 centa.

A jak należy sklasyfikować zużycie energii, biorąc pod uwagę proces obróbki, w którym pobór mocy frezarki ze wszystkimi napędami pomocniczymi wynosi około 30 kW? Zakładając, że narzędzie jest używane przez około 1 godzinę i że nawet jeden procent czasu obróbki można zaoszczędzić dzięki wysokiej koncentryczności i sztywności lub ulepszonym technikom frezowania dzięki wąskiemu konturowi, oznaczałoby to 0,3 kWh zaoszczędzonej energii. Jest to około 11 razy więcej niż ilość energii zużywanej do obkurczania.

– Zużycie energii na proces mocowania odgrywa znikomą rolę w porównaniu z kwestiami cyklu życia, niezawodności procesu i strategii obróbki. Nowoczesne techniki frezowania zoptymalizowane pod kątem narzędzi CAD/CAM pozwalają zaoszczędzić 75% czasu obróbki. Obrabiarki muszą skupić się na takich ulepszonych procesach, jeśli mają zapewnić zrównoważony rozwój i być wydajne . A w drugiej kolejności powinni wybrać najbardziej odpowiedni i niezawodny uchwyt narzędziowy do realizacji powyższych strategii – podsumowuje Andreas Haimer podsumowuje.

źródło: Haimer