5. Ekologia

EKOLOGICZNE i EKONOMICZNE ASPEKTY WSPOMAGANIA PROCESU SKRAWANIA PŁYNAMI OBRÓBKOWYMI ORAZ DODATKOWYMI ŹRÓDŁAMI ENERGII BAKT ER

PYŁY METALI

Piotr Cichosz Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej

IE

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

przedmiot obrabiany Qp »15%Q

chłodzenie i smarowanie Qo »2%Q Qc Qop

Wiór Qw »75%Q

Qow QTgw QTan QTgn

QTap

Narzędzie Qn »8%Q

nagrzewanie strefy skrawania prądem elektrycznym, laserem, itp. Źródła ciepł ciepła i drogi jego odprowadzania w strefie skrawania

2

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Bilans cieplny i temperatura skrawania

3

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Maksymalna temperatura, w któ której materiał materiał ostrza zachowuje jeszcze wystarczają wystarczające wł właściwoś ciwości skrawne jest gł głównym ograniczeniem w zwię zwiększaniu prę prędkoś dkości skrawania, a wię więc i wydajnoś wydajności obró obróbki. Tak wię więc, obniż obniżenie temperatury skrawania przy zachowanych lub zwię zwiększonych parametrach skrawania jest, z ekonomicznego punktu widzenia, bardzo waż ważnym zagadnieniem. Zmniejszenie obciąż enia cieplnego narzę obciążenia narzędzia moż można dokonać dokonać za pomocą pomocą: l chłodzenia ostrza l zmniejszania oporó oporów skrawania np. przez: -

smarowanie ostrza, ostrza,

-

odpowiednie ukształ ukształtowanie geometrii ostrza, ostrza,

-

nakł nakładanie powł powłok ochronnych na ostrza zmniejszają zmniejszających tarcie i stanowią stanowiących barierę barierę cieplną cieplną,

-

nagrzewanie materiał materiału obrabianego za pomocą pomocą dodatkowych źródeł deł energii tuż tuż przed wejś wejściem jego w strefę strefę skrawania.

4

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Wspomaganie procesu skrawania, o któ którym był była mowa, ma ró również wnież na celu: • polepszenie warunkó warunków oddzielania materiał materiału, • poprawę poprawę jakoś jakości obrobionej powierzchni, powierzchni, • zmniejszenie zuż zużycia narzę narzędzia, dzia, • ograniczenie odkształ odkształceń ceń cieplnych ukł układu OUPN, OUPN, • rozdrobnienie wió wiórów i uł ułatwienie ich transportu.

Cią Ciągle jeszcze dominują dominującym sposobem wspomagania procesu oddzielenia materiał materiału jest stosowanie cieczy chł chłodzą odzącoco-smarują smarujących.

5

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Sposoby chłodzenia:

A

Dyszą na zewnątrz narzędzia

B Kanałami wewnątrz narzędzia

C Iscar

6

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Sposoby chłodzenia:

System wysokociśnieniowego ukierunkowanego chłodzenia firmy Sandvik Coromant umożliwiający – za pomocą 3 strug – podnoszenie wióra i zmianę charakteru zużycia ostrza na powierzchni natarcia

W procesach kształtowania ubytkowego stopów tytanu generalnie stosuje się chłodzenie wielostrumieniowe pod ciśnieniem w celu zintensyfikowania odprowadzania ciepła ze strefy obróbki

7

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Sposoby chłodzenia:

Kanałami wewnątrz narzędzia

8

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Toczenie stopó stopów tytanu wspomagane ciś ciśnieniowym chł chłodzeniem

9

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Frezy skł składane – wspomaganie chł chłodzeniem

10

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Oprawki do frezó frezów hydrauliczne z moż możliwoś liwością cią – wspomagania chł chłodzeniem

1 1

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Rozwiertaki z chł chłodzeniem wewnę wewnętrznym

12

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Wysokociś Wysokociśnieniowe chł chłodzenie w toczeniu

13

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Chł Chłodzenie wewnę wewnętrzne w wierceniu

14

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

8,8

Hiszpania

niemieszalne z wodą

10,8

12,7

Wielka Brytania

Włochy

mieszalne z wodą koncentraty

24,6

16,7

Francja

29,6

29,3

Niemcy

29,8

27,6

0

10

38,8

20

30

40

50

60

70

zużycie cieczy chłodząco-smarujących w tys. ton

Zuż Zużycie mieszalnych i niemieszalnych z wodą wodą cieczy chł chłodzą odzącoco-smarują smarujących (olejó (olejów i koncentrató koncentratów) w wysoko uprzemysł uprzemysłowionych krajach Unii Europejskiej (wg Industrie Anzeiger, 120(1998) 11) 11)

15

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

8,8

Hiszpania

niemieszalne z wodą

10,8

12,7

Wielka Brytania

Włochy

mieszalne z wodą koncentraty

24,6

16,7

Francja

29,6

29,3

Niemcy

29,8

27,6 + 38,8 = 66,4

0

10

20

38,8

30

40

50

60

70

zużycie cieczy chłodząco-smarujących w tys. ton

Zuż Zużycie mieszalnych i niemieszalnych z wodą wodą cieczy chł chłodzą odzącoco-smarują smarujących (olejó (olejów i koncentrató koncentratów) w wysoko uprzemysł uprzemysłowionych krajach Unii Europejskiej (wg Industrie Anzeiger, 120(1998) 11) 11)

66 400 t / 20 t = 3 320 cystern / 80 wagonów ≈ 42 pociągi 16

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

Należ Należy zdawać zdawać sobie sprawę sprawę z tego, że

1 m3 emulsji olejowej o stężeniu 5% powoduje: degradację 50 000 m3 wody do stanu nie nadającego się do spożycia, zanieczyszczenie 1 000 m3 wody do poziomu dopuszczalnej zawartości oleju w ściekach, określonej przepisami administracyjnymi. W ostatnich latach wzrasta silnie świadomość wiadomość koniecznoś konieczności ochrony środowiska naturalnego. Ró Również wnież w Polsce powstaje szereg przepisó przepisów i aktó aktów prawnych normują normujących te problemy. Dążą Dążą one do wprowadzenia standardó standardów Unii Europejskiej, któ które są są bardzo restrykcyjne wobec wszelkich dział działań mogą mogących powodować powodować zanieczyszczenie środowiska. 17

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

KOSZTY WYTWARZANIA

Inne koszty

Koszty narzędziowe 2 - 4%

Koszty cieczy chłodzącosmarującej 7,5 - 17%

Koszty urządzeń 58,4% Koszty usuwania 1,1% Koszty materiałów pomocniczych 5,4% Koszty robocizny 6,1% Koszty napraw 7,7% Koszty energii 7,9%

Koszty nabycia 13,4%

Przykładowy skład kosztów wytwarzania operacji skrawaniem w przemyśle samochodowym 18

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

3084

Roczne koszty w tys. marek

3500 3000 2500 2000 1500 1000

640 68

500 0 Zakupy

Utylizacja zewnętrzna

Utylizacja własna

Koszty nabycia i utylizacji cieczy chłodząco-smarujących [wg Gühring]

19

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Oddział Oddziaływanie pł płynó ynów obró obróbkowych na zdrowie czł człowieka

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA CHOROBY DRÓG ODDECHOWYCH · nitrozoaminy · tworzenie się aerozoli · stopy Cr, Ni, Co

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA ALERGIE · formaldehydy · pyły Ni, Co · parafiny chlorowe

CZYNNIKI RAKOTWÓRCZE · nitrozoaminy · aromatyczne węglowodory · benzopireny

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA CHOROBY SKÓRY · dodatki antykorozyjne · emulgatory

W wyniku reakcji chemicznych zachodzących w cieczach obróbkowych, którym sprzyja wysoka temperatura w strefie skrawania, mogą powstawać produkty rakotwórcze. Zaliczyć do nich można nitrozoaminy, które tworzą się w emulsji z azotanu (dodatku do wody) i aminy zawartej w koncentracie olejowym.

20

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

Szkodliwe oddział oddziaływania na czł człowieka substancji zawartych w pł płynach obró obróbkowych moż można ograniczyć ograniczyć przez: · stosowanie emulsji ekologicznych, w któ których w znacznym stopniu zredukowano niekorzystne oddział oddziaływanie na czł człowieka i środowisko, rodowisko, · stosowanie alternatywnych sposobó sposobów chł chłodzenia ostrza (zamknię (zamknięty wewną wewnątrz narzę narzędzia obieg czynnika chł chłodzą odzącego, „smarowanie minimalne” minimalne”, media chł chłodzą odzące w postaci spręż onego powietrza, par ciekł sprężonego ciekłego azotu itp. · stosowanie szczelnych osł osłon na obrabiarkach, obrabiarkach, · odsysanie par i aerozoli substancji szkodliwych lub produktó produktów ich utleniania się się z miejsc ich powstawania, powstawania, · właściwą ciwą wentylację wentylację, · stosowanie środkó rodków ochrony ciał ciała itp.

21

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Oddział Oddziaływanie pł płynó ynów obró obróbkowych na środowisko naturalne moż można zmniejszyć zmniejszyć przez: ·

ograniczenie stosowania pł płynó ynów obró obróbkowych, bkowych,

·

eliminowanie z cieczy obró obróbkowych tych skł składnikó adników, któ które niekorzystnie oddział oddziałują ują na środowisko naturalne lub zastę zastępowanie ich innymi, nieszkodliwymi lub mniej szkodliwymi skł składnikami, adnikami,

·

DY BIO CY N ITRO ZO A

przedł przedłużanie okresu eksploatacji cieczy obró obróbkowych, bkowych,

C IʯKIE M

·

oczyszczanie i neutralizację neutralizację zuż zużytych emulsji i olejó olejów obró obróbkowych, bkowych,

·

zagospodarowanie produktó produktów utylizacji cieczy obró obróbkowych oraz właściwe skł składowanie i wydalanie nieprzydatnych pozostał pozostałości.

[Gühring]

M IN Y

ETALE

BY G RZY BAKT

MIEJSCE PRACY ZDROWIE

ERIE

POWIETRZE WODA ZIEMIA

22

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Zuż Zużyte ciecze obró obróbkowe należ należy odpowiednio zagospodarować zagospodarować, poddać poddać utylizacji, a nieprzydatne pozostał pozostałości wł właściwie wydalić wydalić. Przed dalszym zagospodarowywaniem cieczy obró ciej poddać obróbkowych należ należy je najczęś najczęściej poddać odpowiedniemu przetworzeniu. Metody etody usuwania zanieczyszczeń zanieczyszczeń olejowoolejowo-zawiesinowych: zawiesinowych: Sedymentacja zanieczyszczeń zanieczyszczeń mechanicznych, polega na oddzielaniu zanieczyszczeń zanieczyszczeń ze ściekó cieków z wykorzystaniem zjawiska grawitacji. Nie moż można jednak oddzielić oddzielić tą metodą metodą czą cząstek oleju zemulgowanego z wodą wodą, gdyż gdyż emulsje tworzą tworzą trwał trwałe zawiesiny w wodzie, nie poddają poddające się koś ści. się dział działaniu sił sił cięż ciężko Wypł Wypływanie oleju, oleju, stosowane w specjalnych urzą urządzeniach, polega na wykorzystaniu samoczynnego ruchu lż lżejszych od wody nierozpuszczonych czą cząstek oleju. Zbierają Zbierający się się na powierzchni ściekó cieków olej zbierany jest za pomocą pomocą specjalnych wył wyławiaczy. Metoda ta umoż umożliwia jedynie zgrubne oczyszczenie cieczy, któ które przed zrzuceniem ich do ściekó cieków powinny być być oczyszczone dokł dokładniej inną inną metodą metodą. Koalescencja oleju w zł ciej z wł złożu wykonanym najczęś najczęściej włókniny lub tworzywa sztucznego, polega na przepuszczaniu emulsji wodnowodno-olejowej przez skoś skośne, wą wąskie kanał kanały, na powierzchni któ ą się których tworzą tworzą się się kropelki oleju. Kropelki te łącz łączą się z sobą sobą i wypł wypływają ywają grawitacyjnie ze zł złoża. Wkł Wkłady koalescencyjne zatykają zatykają się się zawiesinami i olejem, stą stąd czę często trzeba je regenerować regenerować lub wymieniać wymieniać. Metodę Metodę tą czę często wykorzystuje się się do oczyszczania ściekó cieków lekko zaolejonych. 23

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Flotacja, Flotacja, polega na przyś przyśpieszeniu naturalnego wynoszenia czą cząsteczek oleju z wody poprzez mechaniczne wpompowanie do wody mikroskopijnych banieczek powietrza. powietrza. Stosowane bywają eniowo--powietrzne i elektrolityczne. bywają dwa rodzaje urzą urządzeń dzeń: flotowniki odpręż odprężeniowo Przy elektroflotacji mał czonych do źródła małe bań bańki powietrza wytwarza się się na elektrodach podłą podłączonych prą prądu stał stałego. W przypadkach bardzo trwał trwałej emulsji, przed procesem flotacji dodaje się się wcześ wcześniej odpowiednie preparaty, aby wstę wstępnie zdyspergować zdyspergować olej. Wytworzona na wierzchu wody poemulsyjnej piana lub koż kożuch są są zgarniane mechanicznie, wypierane hydraulicznie lub zasysane wył wyławiaczami oleju. W urzą urządzeniach tego typu trudno jest osią osiągną gnąć stopień stopień redukcji oleju pozwalają pozwalający na zrzucenie emulsji bezpoś bezpośrednio do kanalizacji (50 mg/ dm3). Wirowanie, Wirowanie, wykorzystuje siłę siłę odś odśrodkową rodkową do oddzielania czą cząstek oleju od wody. Do tego celu stosuje się się specjalne wiró wirówki zwane separatorami lub dekanderami. Przy okazji oddziela się się takż także zanieczyszczenia mechaniczne. Metoda ta, jak i poprzednie, nale należy do metod pomocniczych w procesie obró obróbki ściekó cieków. Filtracja, Filtracja, wykorzystuje prasy filtracyjne, któ które odwadniają odwadniają poprocesowe szlamy olejowoolejowowodne. Odwodniony placek filtracyjny wywoż wywożony jest na wysypisko lub spalany. Opró Oprócz pras filtracyjnych są są stosowane filtry taś taśmowe grawitacyjne, ciś ciśnieniowe i podciś podciśnieniowe. Chemiczna flokulacja, flokulacja, jest wykorzystywana do zmiany zdyspergowanych drobnych czą cząstek oleju w duż duże flokuł flokuły, któ które dają dają się się oddzielić oddzielić od wody poemulsyjnej w urzą urządzeniach filtracyjnych. Flokulację Flokulację wywoł wywołuje się się poprzez dodawanie do emulsji okreś określonych chemikalió chemikaliów, np.: kwasó kwasów, soli metali, lub odpowiednich polimeró polimerów. Trzeba nadmienić nadmienić, że aby otrzymać otrzymać zadowalają zadowalające rezultaty potrzeba niekiedy stosować stosować dodatki w duż eniach, co z kolei powoduje obciąż enie chemiczne wody poemulsyjnej, dużych stęż stężeniach, obciążenie któ którą trzeba dodatkowo neutralizować neutralizować.

24

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Ultrafiltracja (UF), (UF), przebiega podobnie do filtracji bibuł bibułowych lub tkaninowych. Stosuje się się specjalne membrany o mikroskopijnych otworkach, przez któ które mogą mogą się się przesą przesączać czać jedynie mał małe czą cząsteczki wody, a czą cząsteczki oleju i inne zanieczyszczenia zatrzymywane są są na nich. W metodach tych woda poemulsyjna zawiera jedynie śladowe iloś ilości oleju, 10¸ 10¸20 mg/dm3, a ponadto nie jest zanieczyszczana chemicznie, jak w poprzedniej metodzie. metodzie. Trwał Trwałość membran, zależ zależnie od ich rodzaju i jakoś jakości, wynosi od kilku miesię miesięcy do kilku lat. Adsorbcja, Adsorbcja, wykorzystuje specyficzne wł właściwoś ciwości oleju i innych materiał materiałów organicznych, któ które odkł odkładają adają się się z wody. Adsorbenty dość dość szybko się się wyczerpują wyczerpują, co powoduje konieczność konieczność ich regeneracji. W przypadku zanieczyszczeń zanieczyszczeń olejami czę często jako adsorbent wykorzystuje się się węgiel aktywowany. Metody termiczne, termiczne, polegają polegają na odparowaniu z emulsji wody. Otrzymuje się się szlamik olejowy, któ który moż można traktować traktować jak olej przepracowany i oddawać oddawać go do rafinerii do ponownego przerobu. Trzeba nadmienić nadmienić, że w Polsce emulsje zawierają zawierające ponad 50% wody nie są są przyjmowane w rafineriach do ponownego przerobu. Metody termiczne termiczne odznaczają odznaczają się się jednak dużą dużą energochł energochłonnoś onnością cią. Destylacją Destylacją pró próżniową niową, moż można stosować stosować do odzyskiwania skł składnikó adników i zagę zagęszczania nie tylko zuż zużytych cieczy obró obróbkowych lecz takż także do środkó rodków myją myjących na bazie wody, rozpuszczalnikó rozpuszczalników.

25

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Metoda ROTRESEL, ROTRESEL, jest metodą metodą elektrostatycznoelektrostatyczno-elektrolityczną elektrolityczną. Polega ona na rozbijaniu zuż zużytych emulsji olejowych z wykorzystaniem zjawiska osadzania się się na powierzchniach elektrod kropelek oleju zjonizowanych w polu elektrostatycznym oraz oraz procesy koagulacji i adsorpcji. Przez emulsję eniu zależ emulsję przepuszcza się się prą prąd elektryczny o natęż natężeniu zależnym od jej rezystywnoś rezystywności. Poszczegó Poszczególne krople oleju zjonizowane w polu elektrostatycznym mię między elektrodami dążą dążą do elektrod. W wyniku oddawania lub wymiany ładunkó adunków elektrycznych kropelki zemulgowanego oleju tworzą tworzą wię większe krople. Ró Równocześ wnocześnie jony soli rozpuszczonych w fazie wodnej emulsji podlegają podlegają elektrolizie, w wyniku któ której tworzą tworzą się się na powierzchniach elektrod zwią związki chemiczne adsorbują adsorbujące kropelki oleju. Czą Cząsteczki skoagulowanego i zadsosbowanego oleju, silnie nasycone gazami (tlenem i wodorem), wraz z sorbentami są są unoszone konwekcyjnie na powierzchnię powierzchnię cieczy. W wyniku procesu rozbicia emulsji olejowej otrzymuje się się fazę fazę olejową olejową i fazę fazę wodną wodną. Faza olejowa stanowi zdeemulgowany olej, któ który jest zmieszany, w postaci gę gęstej piany, z produktami elektrolizy. Faza wodna, pochodzą pochodząca z rozbitej emulsji, moż może być być spuszczona do ściekó cieków, zaś zaś faza olejowa przechodzi przez filtry, na któ których pozostaje olej wraz z produktami elektrolizy. Resztki wody zawartej w fazie olejowej są są przepuszczane przez filtr i mogą mogą być być również wnież odprowadzanie do ściekó cieków lub sł służyć jako skł składnik podczas sporzą sporządzania nowych emulsji, tworzą tworząc w ten sposó sposób zamknię zamknięty obieg wody w zakł zakładzie.

26

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Na ogó ogół pojedyncze metody takie jak np.: sedymentacja, filtracja, flokulacja itp. nie dają dają zadowalają zadowalającego rozwią rozwiązania, ponieważ ponieważ nie gwarantują gwarantują zredukowania zanieczyszczeń zanieczyszczeń w ściekach do dopuszczalnych granic przewidzianych w ustawach. Rozwi Rozwiązaniem jest połą czenie kilku metod w jednym ukł połączenie układzie instalacyjnym, któ który powinien powinien: -

gwarantować gwarantować nie przekraczanie poziomu dopuszczalnych granic zanieczyszczeń zanieczyszczeń,

-

umoż umożliwiać liwiać przygotowanie odpadó odpadów procesu tak, aby nadawał nadawały się się do bezpiecznego skł składowania, spalania lub dalszego przerobu, przerobu,

-

zapewnić zapewnić automatyzację automatyzację przebiegu procesu, procesu,

-

być być łatwy i prosty w stosowaniu, stosowaniu,

-

być być ekonomiczny w uż użyciu, yciu,

-

zapewniać zapewniać właściwą ciwą ochronę ochronę środowiska.

27

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Aby przedł przedłużyć okres eksploatacji emulsji olejowej i zabezpieczyć zabezpieczyć ją przed biologiczną biologiczną degradacją degradacją, stosuje się się dodatki bakteriostatyczne. bakteriostatyczne. Dość Dość skutecznie chronią chronią one przed dział działaniem bakterii. Dodatki bakteriostatyczne mają mają jednak tę tę wadę wadę, że dostają dostając się się do biologicznych oczyszczalni ściekó cieków, blokują blokują ich dział działanie. Moż Można tego uniknąć uniknąć przez uż używanie emulsji pozwalają pozwalających na ich stosowanie przez wiele lat.

28

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Produkt utylizowany

Olej (ciecz olejowa, oleje obce, olej z rozkładu emulsji)

Emulsyjne i wodorozcieńczalne ciecze obróbkowe

Szlamy po oczyszczaniu cieczy obróbkowych

Sposób utylizacji

Realizacja sposobu

Dodatek do olejów hartowniczych

Dodatek do ciekłych paliw Nasączanie węgli

Paliwo

Oczyszczanie z wody i zanieczyszczeń stałych oraz zmieszanie z czystymi olejami

Technologiczne substancje smarowe (np. do obróbki plastycznej)

Oczyszczanie z zanieczyszczeń stałych i wody, dodanie zagęszczaczy i dodatków (np. grafitu, MoS2 i in.)

Konserwacja metali Baza dla past polerskich, mas głuszących itp.

Oczyszczanie z zanieczyszczeń stałych i wody, dodanie dodatków

Przygotowanie roztworów myjących

Oczyszczanie z zanieczyszczeń stałych, wprowadzanie środków czynnych powierzchniowo

Komponenty past ściernych

Przemycie, sortowanie granulometryczne, dodanie zagęszczaczy i plastyfikatorów

Materiały dodatkowe w metalurgii proszków

Przemycie, sortowanie granulometryczne, dodawanie proszków metali, prasowanie i spiekanie 29

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem

Dysza do zminimalizowanego smarowania i przykł przykład jej zastosowania (firma TKM) 30

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem

Dysza i urzą urządzenie do zminimalizowanego smarowania 31

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem

sterowanie

zbiornik oleju

jednostka sterująca

głowica mieszająca

kapilary wrzeciono z wewnętrznym kanałem

narzędzie z wewnętrznym kanałem Zasada zminimalizowanego smarowania wewnę wewnętrznego (firma INNOVATEC)

32

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem

Zasada zminimalizowanego smarowania wewnę wewnętrznego (firma INNOVATEC)

33

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem

Powietrze Medium Powietrze Aerozol

Dysza wewnętrzna

Narzędzie

Dysza zewnętrzna

Strumień Strumień powietrza miesza się się ze strumieniem oleju w efekcie zawirowań zawirowań powietrza wokó wokół obracają obracającego się się narzę narzędzia

34

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem

uzupełnianie oleju korpus pompy

zasysanie powietrza zbiornik oleju dysza

zawór odśrodkowy

narzędzie z wewnętrznym kanałkiem

Uchwyt ekologiczny firmy Gü Gühring do wytwarzania i doprowadzania mgł mgły olejowej wystarczają wystarczający do pracy jednozmianowej (8 h) 35

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem

Przykł Przykłady wierteł wierteł z wewnę wewnętrznymi kanał kanałkami do doprowadzenia medium smarują smarującego (GÜ (GÜHRING)

Frezy z wewnę wewnętrznymi kanał kanałkami do doprowadzenia medium smarują smarującego (FRANKEN)

Gwintownik z wewnę wewnętrznymi kanał kanałkami do doprowadzenia medium smarują smarującego (PROTOTYP) 36

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Przykł Przykład obró obróbki przedmiotu na frezarce z zastosowaniem zminimalizowanego smarowania smarowania

37

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka na sucho Stosowanie skrawania na sucho eliminuje wiele funkcji jakie speł spełniają niają w procesie skrawania pł płyny obró obróbkowe, bkowe, takie jak: •

chłodzenie, odzenie,

•

smarowanie, smarowanie,

•

wypł ypłukiwanie i transport wió wiórów.

Jedną Jedną z zalet stosowania skrawania na sucho jest moż możliwość liwość łatwego „odsysania” odsysania” wió wiórów i pył pyłów ze strefy obró obróbki, szczegó szczególnie podczas skrawania z duż dużymi prę prędkoś dkościami. Dodatkową Dodatkową zaletą zaletą takiego szybkiego odprowadzania wió wiórów jest znaczne ograniczenie iloś ilości ciepł ciepła przekazywanego wtó wtórnie z wió wiórów do ukł układu obrabiarka – uchwyt – przedmiot – narzę narzędzie (OUPN). Ma to istotne znaczenie ze wzglę względu na odkształ odkształcenia cieplne elementó elementów ukł układu OUPN, a co za tym idzie i na dokł dokładność adność obró obróbki.

38

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka na sucho O powodzeniu obró obróbki na sucho decydować decydować moż może: · zmniejszenie obciąż enia cieplnego narzę obciążenia narzędzia i przedmiotu obrabianego np. poprzez redukowanie pracy skrawania, co jest moż możliwe przez: zwię zwiększenie gruboś grubości wió wióra (korzystniejsze proporcje ciepł ciepła odprowadzanego z wió wiórem), rem), zwię zwiększenie ką kąta natarcia (zmniejszenie sił sił skrawania), skrawania), ukształ ukształtowanie powierzchni natarcia zmniejszają zmniejszające kontakt wió wióra z ostrzem (mniejsza praca tarcia), tarcia), stosowanie powł powłok ochronnych na ostrza (izolacja termiczna, mniejszy wspó współczynnik tarcia, zmniejszenie lub wyeliminowanie zjawiska adhezji) adhezji), · chł chłodzenie wewnę wewnętrzne narzę narzędzi, dzi, · eliminowanie zakł zakłóceń ceń w tworzeniu wió wiórów i polepszenie ich odprowadzania z miejsca skrawania, czemu mogą mogą służyć: łamacze i zwijacze wió wiórów, odpowiedni kształ kształt i pochylenie rowkó rowków wió wiórowych narzę narzędzi, dzi, powł powłoki zmniejszają zmniejszające tarcie (np. (np. MOVIC), MOVIC), usytuowanie narzę narzędzia wzglę względem przedmiotu (grawitacyjne usuwanie wió wiórów), w), odsysanie wió wiórów ze strefy skrawania, skrawania, · zacho zachowanie twardo twardości i odpornoś odporności chemicznej materiał materiałów narzę narzędziowych w wysokich temperaturach oraz lepsza izolacja cieplna ostrzy narzę narzędzi, dzi, · ochrona połą czenia narzę połączenia narzędzie – obrabiarka przed zanieczyszczeniami.

39

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka na sucho

Ukształ Ukształtowanie powierzchni natarcia służące żące do zwijania i łamania wió wióra, zmniejszają zmniejszające jednocześ jednocześnie tarcie mię między wió wiórem a ostrzem 40

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka na sucho

wiercenie pionowe od dołu

wiercenie skośne od dołu

przedmiot

oś - Z

wewnętrzne smarowanie minimalne

odsysanie wiórów

Moż Możliwość liwość wspomagania usuwania wió wiórów ze strefy skrawania za za pomocą pomocą grawitacji (a) i (b) oraz za pomocą pomocą ”odsysania” odsysania” (b) (GÜ (GÜHRING) 41

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka na sucho

Moż Możliwoś liwości odsysania wió wiórów ze strefy skrawania (RINGLER)

42

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Obró Obróbka na sucho

warstwa MOVIC

warstwa pośrednicząca

warstwa twarda materiał bazowy 1mm

Wielowarstwowa Wielowarstwowa powł powłoka oka zwię zwiększają kszająca odporność odporność na zuż zużycie ostrza (PLANSEE TIZIT)

Powłoka typu MOVIC zmniejszająca tarcie na powierzchniach roboczych narzędzia (GÜHRING)

43

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU

Film 42s

Film 21s

Poró Porównanie ró różnych rodzajó rodzajów obró obróbek [Guhring]

44

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Wspomaganie procesu skrawania dodatkowymi źródłami energii Nagrzewanie materiał materiału obrabianego w obrę obrębie jego styku z ostrzem moż może być być alternatywnym, do chł chłodzenia i smarowania strefy skrawania, sposobem wspomagania procesu skrawania. Sprawdza się się ono szczegó szczególnie dobrze w przypadku obró obróbki materiał materiałów twardych i utwardzają utwardzających się się o wyją wyjątkowo zł złej skrawalnoś skrawalności. Materiał Materiał moż może być być podgrzewany np. w wyniku przepuszczania prą eniu przez prądu elektrycznego o duż dużym natęż natężeniu narzę narzędzie i przedmiot obrabiany, co powoduje wzrost temperatury i uplastycznienie uplastycznienie materiał materiału skrawanego w miejscu najwię największych odkształ odkształceń ceń. Wspomaganie takie został zostało praktycznie zrealizowane podczas obró obróbki na tokarkach konwencjonalnych. W przypadku obrabiarek sterowanych numerycznie trzeba się się liczyć liczyć ze znacznie wię większymi utrudnieniami zwią związanymi z koniecznoś koniecznością cią: · odizolowania elektrycznego narzę narzędzi i przedmiotu od obrabiarki, obrabiarki, · · ·

doprowadzenia prą prądu do narzę narzędzi mocowanych w ró różnych gniazdach gł głowicy narzę narzędziowej, dziowej, wymaganego zazwyczaj chł chłodzenia wewnę wewnętrznego narzę narzędzia, dzia, zapobiegania zwarciom mię między strefą strefą skrawania a elementami obrabiarki, powstają powstającym w wyniku tworzenia się się wió wiórów cią ciągłych, któ które mogą mogą pojawiać pojawiać się się w nieustabilizowanych warunkach skrawania, itp.

45

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Wspomaganie procesu skrawania dodatkowymi źródłami energii • Ponadto przepuszczanie prą prądu przez strefę strefę skrawania uniemoż uniemożliwia stosowanie w obró obróbce materiał materiałów trudno obrabialnych ostrzy z takich wspó współcześ cześnie stosowanych materiał materiałów narzę narzędziowych, któ które nie przewodzą przewodzą prą prądu elektrycznego lub przewodzą przewodzą go w niewielkim stopniu. Należą Należą do nich wszelkiego rodzaju ceramiki, jak ró również wnież ostrza węglikowe i cermetalowe pokrywane. • Powodować Powodować moż może takż także powstawanie uszkodzeń uszkodzeń obrabiarki (ł (łożyska wrzecionowe, łożyska kł kła konika, prowadnice toczne suportó suportów) od łukó uków elektrycznych, a takż także uszkodzenia ukł układó adów sterowania, jeś jeśli dojdzie do przypadkowych zwarć zwarć – jest to chyba najwię największa wada tej metody wspomagania procesu skrawania.

46

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Wspomaganie procesu skrawania dodatkowymi źródłami energii Wspomnieć Wspomnieć należ należy takż także o innych, wcześ wcześniejszych pró próbach nagrzewania przedmiotu obrabianego za pomocą pomocą strumienia plazmy i prą prądów indukcyjnych, indukcyjnych, a takż także o nagrzewaniu cał całego przedmiotu w piecu elektrycznym przed jego zamocowaniem na obrabiarce. Te metody nagrzewania są są stosowane gł głównie do skó skórowania i obró obróbek zgrubnych stopó stopów tytanu w przemyś przemyśle kosmicznym i lotniczym.

47

EKOLOGIA i EKONOMIA W SKRAWANIU Wspomaganie procesu skrawania dodatkowymi źródłami energii strumień światła

strumień światła

strumień światła tlen

wiór

topienie

Dziękują za uwagę

Przykł Przykłady wspomagania oddzielenia materiał materiału z zastosowaniem wią wiązki światł wiatła laserowego 48