Tribotechnické listy

 

 

Moderní řezné kapaliny v aplikacích obrábění nástroji s vysokým tlakem vnitřního chlazení

S rychlým vývojem technologií a optimalizací výrobních procesů stále vzrůstají požadavky na špičkové výkony v oblasti obrábění. Tyto výkony, které mají významný vliv na efektivitu a ekonomiku výrobního toku se vztahují nejen na obráběcí stroje moderních technologií, ale stejně tak i na použitá technologická média.


Během obrábění houževnatých a těžkoobrobitelných materiálů jsou vzhledem k technologiím vnitřního chlazení nástroji použity mnohdy velmi vysoké tlaky (80 - 120 bar). Struktura a chemismus řezných kapalin tak musí odolávat za těchto podmínek průběžnému zatížení. Je třeba udržet stabilní parametry tak, aby bylo možné za daných podmínek obrábět v požadovaných parametrech povrchů a specifik. Příspěvek se zabývá moderní technologií vodoumísitelných řezných kapalin (WM-MWF) pracujících v podmínkách vysokého zatížení a simulačními metodami jejich testování.

 


Cimcool je světový specialista v oblasti výroby a servisu řezných kapalin a technologických medií. Velkou část věnuje vývoji chemických struktur řezných kapalin, které jsou/budou schopny vyhovovat náročným podmínkám obrábění. Příkladem cíleného vývoje je oblast kapalin pro letecký průmysl, kde jsou použity niklové slitiny a titan, na který jsou během obrábění kladené zvlášť vysoké nároky.

 

Titan a jeho slitiny
Titan a jeho slitiny prokázaly za poslední desetiletí svou technickou vyspělost jako cost-effective materiály. Titanové komponenty jsou použity v leteckém průmyslu (letecké motory) a vystavené teplotám až do 600°C. Antikorozní vlastnosti Ti jsou další významnou výhodou jeho aplikovatelnosti. Ve srovnání s ocelí je titan o 30 % pevnější a téměř o 50% lehčí. Ačkoliv je titan o 60% těžší než hliník je dvakrát více pevný.
Titan a jeho slitiny jsou obecně velmi těžko obrobitelné z důvodu fyzikálních vlastností. Generování tepla v místě řezu je během obráběcích operacích velmi vysoké, způsobené nízkou tepelnou vodivosti Ti. Výsledkem je tendence vytvářet nárustky a svary, chemicky intereagovat s povrchy nástrojů, což vede k jejich destrukci. Obecné požadavky na obrábění tak byly/jsou tak nízké řezné rychlosti a velmi kvalitní nástroje. Důležitou roli však hraje vlastní chlazení a reologické vlastnosti řezné-chladicí kapaliny.
Vydatné množství řezné kapaliny musí zajistit maximální odvod tepla, oplachové vlastnosti, a snížit řezné síly (tribomechanismus mazaní řezných kapalin). Aplikace řezných kapalin s použitím středních tlaků chlazení vnitřkem nástroje prokázalo při obrábění těchto slitin významně lepší vlastnosti než při použití nízkého tlaku. Dalšího zlepšení produktivity lze dosáhnout v případě aplikace specifických systémů. Chlazení s vysokým tlakem přímo a cíleně řízené „cutting zone" vytváří tzv. hydraulický klín mezi třískou a řezným nástrojem. Vysokotlaké chladicí systémy jako Sandvick Jetbar mohou pracovat až na úrovni 1000 bar, ikdyž pro obrábění konkrétně Ti se zdá být optimálním tlakem 200 bar.

 

Testovací procedury : High Pressure Testing Compatibility / vysokotlaký test
Cimcool High Pressure Testing Compatibility test je velmi hodnotnou částí vývoje, kdy se simulují podmínky vysokých tlaků řezné kapaliny přímo ve speciálně vyrobeném zařízení. Zde se sledují parametry a chování vodoumísitelných řezných kapalin vystavených náročným podmínkám různého tlakového zatížení. Jedná se v podstatě o simulační proces. Kromě řady parametrů je sledována i schopnost destabilizace pěny ( jejího rozpadu) a celková koncepce stability média.
Během testu se vysokovýkonnými čerpadly vytvoří požadovaný simulační tlak a kapalina protéká kaskádou jednotlivých částí. Průběžně a v cyklech dochází k měření a diagnostice několika parametrů emulze, které mimo tvorby pěny a jejího rozpadu monitorují i celkovou chemickou stabilitu důležitých komponent.

 

Obrázek1 High Pressure Testing Compatibility test


Složení řezných kapalin pro obrábění nástroji s vysokým tlakem vnitřního chlazení
Historicky se pro obrábění exotických a houževnatých materiálů (jako Titan, Inconel, Nimonic) používali chlorované parafiny, tzv. MCCP's (middle chain chlorinated parafines). Po modifikaci jejich chemické struktury tak, aby odolávali stresové korozi byly a stále jsou velmi úspěnými typy emulzních kapalin.

Graf č.1 graf vývoje tvorby pěny (obj. %) během zátěžového testu u několika typů řezných kapalin

 

Avšak s ohledem na H&S a současnou legislativu tato koncepce ztrácí na popularitě a obecně je snaha MCCP's eliminovat (halogenované deriváty). Konvenční „těžké" emulzní kapaliny mají v aplikacích s vysokým tlakem chlazení problematiku s pěnivostí a tvorbou olejové mlhy. Proto nejsou populární a jejich vývoj se zastavil. Hlavní část je zaměřena do oblasti syntetických vodoumísitelných řezných kapalin.
U nově vyvíjených receptur, hraje klíčové složení pro správný a stabilní chod skupina:
· emulgačních látek (kompletní emulgační systém)
· stabilizátorů a jejich chemické zabudování do struktury MWF (odpěňovače, stabilizátory)
· tzv. wetting agents, surfaktanty, dispersing agents (smáčedla, povrchově akt.látky, dispergační látky)
Obecně, mimo stěžejní požadavky jako - vysoká výkonost, pevnost mazacího filmu, ochrany nástroje a rychlého rozpadu pěny je třeba zvažovat akceptovatelnost obsluhy a otázky H&S. Ty jsou a vždy budou na prvním místě.
Speciální řadu syntetických emulzních kapalin serie CIMTECH A, která je určena pro letecký průmysl a obrábění výše uvedených materiálů a definovaných podmínek, vyvinula společnost Cimcool. Techničtí specialisté této společnosti Vám rádi pomohou dosáhnout požadovaných parametrů obrábění, kde v tomto případě hraje vodoumísitelná řezná kapalina skutečně významnou roli. Náklady na řezné nástroje jsou velmi vysoké a pomocí precizní selekce vhodného produktu, lze tyto náklady značně eliminovat.


Text: Ing. Lukáš Bělín

 

Späť

Komentáre k článku | Pridať komentár

Jiří Melichar (15.11.2011)

zajímavý příspěvek, rád bych tuto kapalinu prakticky otestoval. Možnost posunu řezných podmínek a krácení výrobního času.

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
1 + 3 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd