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 simulač-ními metodami jejich testování.
Cimcool se věnuje vývoji chemických struktur řezných kapalin, které vyhovují náročným podmínkám obrábění. Příkladem 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 (dále už jen Ti) 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.
Tabulka č. 1 - Titan a jeho slitiny používané v leteckém průmyslu, Aerospace ( www.aerospacemetal.com)
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 vodivostí 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 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 1 000 bar, i když pro obrábění konkrétně Ti se zdá být optimálním tlakem 100 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 roz-padu monitorují i celkovou chemickou stabilitu důležitých komponent.
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 úspěšnými typy emulzních 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 výkonnost, 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.
Ing. Lukáš Bělín
