Narzędzia do zrównoważonej obróbki

Termin „zrównoważony rozwój” staje się w ostatnich latach coraz bardziej popularny. Często pojawia się w informacjach medialnych, na pierwszych stronach gazet, w badaniach naukowych czy szkoleniach. To tylko chwilowa moda czy coś więcej?

Nacisk na zrównoważony rozwój wynika z rosnącej na świecie świadomości dotyczącej krytycznych kwestii środowiskowych i zmian klimatycznych, w dużej mierze spowodowanych działalnością człowieka. Koncentracja na tych problemach odzwierciedla głębokie zaangażowanie w zapewnienie lepszej przyszłości planety oraz kolejnych pokoleń.

W rezultacie zrównoważony rozwój zyskał na znaczeniu w różnych dziedzinach – od życia codziennego i biznesu po transport, planowanie urbanistyczne i produkcję. Produkcja powinna być zrównoważona. Dziś panuje powszechne uznanie i zgoda co do słuszności tego stwierdzenia. Procesy produkcyjne wykorzystują zasoby naturalne, zużywają energię, tworzą odpady i zanieczyszczają środowisko. Tylko przez zrównoważone technologie produkcji można ograniczyć ten negatywny wpływ na środowisko.

 

Zrównoważona obróbka skrawaniem kluczem do zrównoważonej produkcji

Obróbka skrawaniem pozostaje podstawową metodą wytwarzania części maszyn i mechanizmów. Dlatego pytanie, w jaki sposób sprawić, by była zrównoważona, jest dziś bardziej aktualne niż kiedykolwiek wcześniej. Narzędzie skrawające styka się bezpośrednio z obrabianym przedmiotem i kształtuje go do wymaganej formy, usuwając niepotrzebny materiał w postaci metalowych wiórów. Czy narzędzie skrawające może być kluczowym czynnikiem poprawy procesu w kierunku zrównoważonego rozwoju? Odpowiedź na to pytanie to zdecydowanie: tak!

Pomimo mniejszych rozmiarów w porównaniu z innymi elementami układu technicznego, takimi jak maszyna czy uchwyt roboczy, narzędzie skrawające może odegrać kluczową rolę we wprowadzeniu zrównoważonych praktyk produkcyjnych. Operacja skrawania związana z usuwaniem materiału podczas obróbki jest procesem energochłonnym. Jednakże narzędzie skrawające zostało zaprojektowane tak, aby było energooszczędne i dlatego może znacznie zmniejszyć zużycie energii.

Nie można nie doceniać wpływu kluczowych cech narzędzia. Zaawansowane geometrie minimalizują siły skrawania, a konstrukcje antywibracyjne łagodzą drgania. Powłoki progresywne poprawiają smarowność, zmniejszają tarcie, a wydajne metody chłodzenia skutecznie zmniejszają wytwarzanie ciepła. Łącznie te udoskonalenia narzędzi znacznie zmniejszają negatywny wpływ operacji obróbkowych na środowisko.

W wielu przypadkach narzędzia skrawające mogą utrudniać wzrost produktywności, ograniczając pełne wykorzystanie możliwości nowoczesnych maszyn. Dlatego narzędzia gwarantujące wyższą produktywność odgrywają kluczową rolę w skracaniu czasu skrawania oraz redukcji zużycia energii przez maszyny i emisji gazów cieplarnianych (GHG). Niezawodne, trwałe narzędzia skrawające zmniejszają częstotliwość wymiany narzędzi lub indeksowania płytek. Skraca to przestoje maszyn związane z wymianą narzędzi.

Ponadto użycie narzędzi skrawających zapewniających lepsze wykończenie powierzchni może wyeliminować potrzebę obróbki wykańczającej. Można wówczas zmniejszyć naddatek na obróbkę lub usuwany zapas materiału.

W rezultacie osiąga się podwójną korzyść: redukując zarówno czas obróbki, jak i straty materiału.

Dlatego termin „zrównoważone narzędzie skrawające” nie jest jedynie przemijającym trendem, ale istotną koncepcją, która jest stopniowo przyjmowana i integrowana jako podstawowa zasada zrównoważonej produkcji. Ostatecznie głównym parametrem analizy narzędzia jest jego wydajność. Jednak element trwałości narzędzi stał się współcześnie czynnikiem o ogromnym znaczeniu. Zrozumienie różnych aspektów wpływu narzędzi skrawających na zrównoważony rozwój w dużej mierze kształtuje wymagania dotyczące nowoczesnych narzędzi i ich rozwój.

 

Jak narzędzia ISCAR poprawiają trwałość obróbki

W jaki sposób narzędzie skrawające może poprawić trwałość obróbki? Krótki przegląd wybranych produktów firmy ISCAR pomoże to dokładnie wyjaśnić. Koncepcja konstrukcyjna narzędzi z wymiennymi częściami skrawającymi w znaczący sposób przyczynia się do zrównoważonego wykorzystania materiału skrawającego.

Systemy narzędzi ISCAR z wymiennymi głowicami węglikowymi – takie jak MULTI-MASTER i SUMOCHAM – stanowią dobry przykład tej koncepcji, umożliwiając racjonalne wykorzystanie węglików spiekanych. Oprócz tradycyjnego podejścia do oszczędzania materiału skrawającego wspomniane systemy oferują dalsze korzyści związane z trwałością. Zarówno rodziny MULTI-MASTER, jak i SUMOCHAM charakteryzują się dużą powtarzalnością, co pozwala na realizację zasady no-setup-time (bez czasów ustawczych). Oznacza to, że wymiana zużytej głowicy nie wymaga dodatkowych operacji konfiguracyjnych w celu dostosowania parametrów narzędzia. W efekcie czas przestoju maszyny ulega znacznemu skróceniu.

LOGIQ-3-CHAM stanowi kolejny krok w rozwoju narzędzi wiercących z wymiennymi głowicami, bazując na cechach swojego poprzednika – linii wierteł SUMOCHAM. Godnym uwagi parametrem odróżniającym LOGIQ-3-CHAM od innych systemów wiercących są trzy ostrza (rys. 1) w przeciwieństwie do tradycyjnych dwóch. Zmiana ta umożliwia zwiększenie posuwu aż do 50%. Oprócz zwiększonej produktywności ta nowa konstrukcja zapewnia także korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju poprzez zmniejszenie zużycia energii i emisji gazów cieplarnianych.

 

Rys. 1. Wiertło LOGIQ-3-CHAM z wymienną głowicą węglikową ma trzy ostrza zamiast tradycyjnych dwóch

 

Cechy te dobrze ilustruje wiercenie otworów o średnicy 16 mm i głębokości 80 mm w części wykonanej ze stali niskostopowej. Przy trwałości narzędzia wynoszącej 500 otworów, w porównaniu z wiertłem konkurencji z wymienną głowicą dwuostrzową, zastosowanie narzędzia LOGIQ-3-CHAM firmy ISCAR powoduje skrócenie czasu cyklu o 26% i zmniejszenie zużycia energii o 19%. W efekcie emisja CO₂ spada o 19%.

Konstrukcja antywibracyjna narzędzi skrawających również odgrywa zasadniczą rolę w zmniejszaniu zużycia energii, zwiększaniu trwałości narzędzi i poprawie jakości wykończenia powierzchni. Firma ISCAR opracowała rozwiązania tłumiące drgania, które wykorzystują różne zasady. Obejmują one tłumienie drgań poprzez specjalnie zaprojektowane mechanizmy, np. w wytaczadłach (rys. 2), a także opracowanie specyficznych geometrii skrawania odpornych na drgania. Geometria obejmuje zmienną linię śrubową i nierównomierną podziałkę w wieloostrzowych frezach i wymiennych głowicach z węglika spiekanego, a także ząbkowaną krawędź skrawającą zapewniającą skuteczny podział wiórów w płytkach wymiennych (rys. 3). Dodatkowo te narzędzia i płytki zapewniają lepsze odprowadzanie wiórów, co zwiększa wydajność operacji obróbczych.

 

Rys. 2. Zastosowanie listew antywibracyjnych podczas wytaczania poprawia wydajność i zmniejsza zużycie energii

 

Rys. 3. Geometria dzieląca wióry we frezach wymiennych MILLSHRED zapewnia wysoką stabilność frezowania i lepsze odprowadzanie wiórów

 

Produkcja przyrostowa (AM) wprowadziła nowe funkcje zrównoważonego rozwoju w projektowaniu narzędzi. Po pierwsze technologie AM umożliwiają wytworzenie korpusu narzędzia, który bardzo przypomina jego ostateczny kształt, minimalizując potrzebę obróbki wykańczającej i znacznie zmniejszając zużycie materiału narzędziowego. Po drugie technologie te ułatwiają optymalne utworzenie wewnętrznych kanałów chłodziwa, poprawiając przepływ chłodziwa przez korpus narzędzia do strefy skrawania.

* * *

Przykłady przedstawione w tym artykule ilustrują, jak energooszczędne, materiałooszczędne i trwałe narzędzia skrawające mogą mieć znaczący wpływ na zrównoważony rozwój techniczny. Takie narzędzia nie tylko pomagają zmniejszyć zużycie energii i ilość odpadów, ale także przyczyniają się do redukcji kosztów oraz oszczędnego zarządzania środowiskiem.