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 (Ti) a jeho slitiny prokázaly za poslední desetiletí svou technickou vyspělost jako costeffective 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 nárůstky 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 1000 bar, i když pro obrábění konkrétně Titanu se zdá být optimálním tlakem 100 bar.
Vysokotlaký test: High Pressure Testing Compatibility
Do tohoto odstavce přijde obr.01,02
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. Jde 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.
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.
Společnost Cimcool vyvinula speciální řadu syntetických emulzních kapalin série CIMTECH A, která je určena pro letecký průmysl a obrábění výše uvedených materiálů a definovaných podmínek.
V případě zájmu kontaktujte tribotechnika či technické specialisty Cimcool, kteří 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.
819
