Nabídka výrobků LubriLean.

Dost, a stačí

Mazání minimálním množstvím maziva nachází stále větší uplatnění v obrábění, protože je to udržitelné a ekologické řešení, které současně přispívá ke zvýšení produktivity a snížení nákladů na obrábění.

Autoři:
Yongrong Li, portfolio manažer mazacích systémů, SKF Lubrication Systems, Berlín, Německo
Ralf Domrös, manažer pro rozvoj obchodu, SKF Lubrication Systems, Berlín, Německo
Santos Rodriguez, prodejní manažer SKF Lubrication Systems, SKF Espanola S.A., Barcelona, Španělsko

Maziva

Skupina SKF zavedla mazání minimálním množstvím maziva (MQL) do vlastních výrobních procesů a rovněž vyvinula komplexní nabídku řešení MQL pro svůj program LubriLean. Vzhledem k tomu, že skupina SKF dosáhla výrazných úspěchů díky zavedení MQL včetně významného snížení spotřeby oleje a zvýšení produktivity obrábění, jeden z jejích specializovaných distributorů ve Španělsku – HRE Hydraulic S.L. – zadal výzkumný úkol zaměřený na zjištění úspory celkových provozních nákladů. Příslušné testy provedla přední výzkumná a vývojová společnost Tecnalia se sídlem nedaleko španělského Bilbaa.

Zkušební parametry
Zkoušky prováděné v rámci výzkumu a vývoje porovnávaly řezný výkon, vliv řezné síly nástroje, opotřebení a teplotu nástroje za různých mazacích podmínek a dále celkové náklady při suchém obrábění (bez mazání), při mokrém obrábění s použitím chladicího systému a při obrábění s vnitřním a vnějším mazáním minimálním množstvím maziva.

Obráběcí centrum IBARMIA ZV 25 25/U600 EXTREME

Obr. 1: Obráběcí centrum IBARMIA ZV 25 25/U600 EXTREME.

Shrnutí

Mazání minimálním množstvím maziva má stále větší význam pro zajištění produktivního, hospodárného a ekologického obrábění. Vzhledem ke stále rostoucímu tlaku na snižování výrobních nákladů může podle výsledků testů vnitřní mazání MQL SKF snížit celkové náklady o polovinu ve srovnání s obráběním za mokra. MQL je vyvíjeno ve spolupráci s partnery v průmyslu, a tedy přednosti tohoto řešení se prosadí po celém světě.

Jako základní zkušební zařízení bylo zvoleno obráběcí centrum IBARMIA ZV 25 (obr. 1). Stroj byl seřízen na mokré obrábění (s chladicím systémem), úplné suché obrábění a obrábění s vnitřním a vnějším mazáním minimálním množstvím maziva SKF LubriLean Vario­Super.

Jako zkušební materiál byla použita nerezová ocel Duplex 1.4462 a jako obrobek kulatina o rozměrech 400 x 90 mm. Pro účely testování s vnějším mazáním a suché obrábění byly vybrány frézy se čtyřmi břity a dále frézy stejného typu upravené pro vnitřní přívod maziva.

Při testování byly používány dva druhy maziv: pro mokré obrábění bylo zvoleno chladivo Houghton HOCUT B-750 – rozpustný olej v 7% koncentraci přiváděný zvnějšku do obráběcího stroje při tlaku 2,3 MPa (23 bar). K vnitřnímu a vnějšímu mazání minimálním množstvím maziva byl vybrán vlastní olej SKF LubriOil. Pro proces bylo zvoleno následující nastavení:

Parametry:
Otáčky 2228 min-1
Řezná rychlost 70 m/min
Posuv na jeden břit 0,05 mm/břit
Hloubka řezu 8 mm
Šířka řezu 4 mm

Testy byly v obou případech opakovány se dvěma nástroji. Na ­základě naměřených hodnot byly stanoveny spotřeby energie a životnosti nástrojů.

Obr. 2: Příkon při obrábění v průběhu dvou zkoušek.

Obr. 2: Příkon při obrábění v průběhu dvou zkoušek.

Výsledky
Spotřeba energie byla měřena wattmetrem FlukeView 435 připojeným k napájecímu zdroji. Přístroj zaznamenával příkon stroje, spotřebu energie v každé fázi a celkový výkon (obr. 2).

Pro různé způsoby mazání byla provedena komparativní analýza životnosti nástroje. Kritériem konce životnosti bylo poškození opotřebovaného ostří (VB menší než 0,3 mm); měření hodnoty opotřebení hřbetu (VB) jsou prováděna stereoskopickým mikroskopem, přičemž hřbet (VB) byl opakovaně měřen v intervalech po deseti průchodech.

Při testu se suchým obráběním došlo po krátkém čase ke zlomení obráběcích nástrojů.

End mill burst images for machining tests with the coolant cutting fluid

Obr. 3: Rozložený obrázek čelních stopkových fréz použitých při zkouškách obrábění s chladicí řeznou kapalinou; nahoře: a) fréza použitá při první zkoušce; dole: b) fréza použitá při druhé zkoušce.

Obr. 3 ukazuje stav řezných nástrojů v průběhu dvou experimentálních testů s použitím chladiva.

Obrázek vpravo pořízený při zkoušce 1 (obr. 3a) ukazuje stav poškození nástroje po odříznutí třísky v délce 36 m. Na levém obrázku je zachycena trhlina na jednom břitu, která mohla být příčinou úplného selhání nástroje.

Obrázky pořízené při zkoušce 2 (obr. 3b) ukazují, že ke zlomení břitů došlo méně dramaticky. Vylamování břitu nástroje však naznačuje, že nástroj není při obrábění řádně mazán, což vyvolává místní napětí a odlupování materiálu z břitů frézy.

Rozložený obrázek čelních stopkových fréz použitých při zkouškách s vnějším MLQ

Obr. 4: Rozložený obrázek čelních stopkových fréz použitých při zkouškách s vnějším MLQ; nahoře: a) fréza použitá při první zkoušce; dole: b) fréza použitá při druhé zkoušce.

Obr. 4 představuje stav řezných nástrojů v průběhu dvou experimentálních testů provedených s vnějším mazáním minimálním množstvím maziva. Pro účely těchto testů má břit nástroje pozvolnější stoupání než v případě obrábění s řeznou kapalinou.

Snímky pořízené při zkoušce 1 (obr. 4a) ukazují opotřebení na čele nástroje pro odvod třísek.

Obrázky ze zkoušky 2 (obr. 4b) zachycují poškození ostří frézy, které způsobilo lom na konci břitu.

Výsledky zkoušek frézování s vnitřním mazáním minimálním množstvím maziva ukazují vyšší opotřebení břitu než v případě obrábění s chladivem či vnějším mazáním minimálním množstvím maziva, přičemž ani při jedné ze dvou zkoušek obrábění s vnitřním MQL nevznikly vady při obrábění.

Rozložený obrázek čelních stopkových fréz použitých při zkouškách s vnitřním MLQ

Obr. 5: Rozložený obrázek čelních stopkových fréz použitých při zkouškách s vnitřním MLQ; nahoře: a) fréza použitá při první zkoušce; dole: b) fréza použitá při druhé zkoušce.

Při zkoušce 1 (obr. 5a) došlo k opotřebení břitu ve výšce odpovídající hloubce řezu.

Naproti tomu při zkoušce 2 (obr. 5b) vznikly mikrotrhliny na ostří nástroje.

Obr. 6 ukazuje délku třísky dosaženou jednotlivými testovanými nástroji v závislosti na použitých způsobech mazání. Pro každý způsob mazání je uvedena průměrná hodnota získaná na základě různého počtu opakování.

Obr. 6: Životnost nástroje (délka třísky) při použití různých způsobů mazání.

Obr. 6: Životnost nástroje (délka třísky) při použití různých způsobů mazání.

Závěry
Je prokázáno, že životnost nástroje se podstatně zlepší při použití vnitřního mazání minimálním množstvím maziva, kdy třísky jsou podstatně delší než v případě ostatních dvou způsobů mazání.

Na základě výpočtu pro čtyři způsoby mazání ukazuje tabulka 1 celkové provozní náklady (vypočtené pro úběr 1000 cm3 kovu).

Z tabulky jasně vyplývá, že systém LubriLean MQL přispěl ke snížení celkových provozních nákladů. V případě vnitřního mazání minimálním množstvím maziva jsou celkové náklady o 54 % nižší ve srovnání s obráběním za mokra.

Tabulka 1: Celkové náklady operací

Tabulka 1: Celkové náklady operací

Přechod mazání minimálním množstvím maziva na vyšší úroveň
Vrtání hlubokých otvorů nástroji malých průměrů představuje pro MQL výzvu. Je to však důležitý obráběcí proces. Hlavní problém spočívá v tom, že se vzrůstající hloubkou vrtání se zvyšuje protitlak v chladicím systému. V důsledku toho je příprava aerosolu stále obtížnější, neboť vzhledem k malému rozdílu tlaků mezi přívodem vzduchu a výstupem aerosolu vzrůstá riziko zlomení obráběcího nástroje a vzniku zmetku. To může vyvolat zbytečné zvýšení nákladů, především v případě obrobků z vysoce kvalitních slitin.

Technici SKF si dali za úkol zlepšit přívod aerosolu při vrtání hlubokých otvorů o průměru (D) menším než 5 mm a hloubce větší než 25 x D. Zabudování obtokového systému do DigitalSuper umožňuje neustále sledovat rozdíl tlaků mezi přívodem vzduchu a výstupem aerosolu. V případě, že rozdíl tlaků je nižší než požadovaná hodnota, otevře se obtok. Tím se sníží tlak v potrubí a systém MQL může připravit takové množství aerosolu, které dostačuje k mazání ostří dlouhého nástroje o malém průměru.

Skupina SKF podrobila svůj systém rozsáhlým testům, jejichž účelem bylo ověřit dosažené výsledky v porovnání s technicky složitějším konkurenčním dvoukanálovým systémem. Pro provedení a vyhodnocení testů poskytla nejmodernější měřicí přístroje společnost Gühring, která vyrábí přesné nástroje. Testy rozstřiku a kvantitativní testy byly provedeny na speciálním zařízení Gühring pro testování MQL. Charakteristika rozstřiku byla vizuálně zaznamenávána kamerou.

Testy proběhly na velmi obtížně obrobitelném materiálu AlSi7Mg. Pro vrták o průměru 4,5 mm a délce 200 mm byl použit přívod chladiva o průměru 0,6 mm. Na základě analýzy zkušebního zařízení byla pro obrábění obrobku z AlSi7Mg zvolena řezná rychlost 130 m/min a posuv 0,2 mm/ot. Cílem zkoušky bylo zjistit vrtací výkon a opotřebení při vyvrtání celkové hloubky 100 m. Řešení SKF si vyžádalo 18 ml maziva za hodinu. Po vyvrtání celkové hloubky 100 m byl nástroj stále ve vynikajícím stavu.

Obr. 7: Nahoře: DigitalSuper s řízením obtoku. Níže: Výstup s homogenním aerosolem (obr.: Gühring).

Obr. 7: Nahoře: DigitalSuper s řízením obtoku. Níže: Výstup s homogenním aerosolem (obr.: Gühring).

Potvrzení předností
Použití Digital Super s regulací obtoku a vstupním tlakem 1 MPa (10 bar) zaručuje takové rozdělení aerosolu, které je vhodnější pro zajištění stability vrtání hlubokých otvorů než předcházející ­varianty a konkurenční výrobek. Videonahrávky prokázaly jemný a stejnosměrný rozstřik aerosolu u nástroje, který je nutný pro obrábění ve vysoké kvalitě (obr. 7). Tím je zajištěn spolehlivý přívod chladiva do obráběcího prostoru a dále prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality obrobku.

Budoucnost SKF LubriLean
LubriLean je zařazen na seznam výrobků SKF BeyondZero již od roku 2014. Obráběcí stroje vybavené systémem SKF LubriLean úspěšně využívají přední výrobní závody v automobilovém a leteckém průmyslu. Až do nedávna dodávali MQL především evropští a američtí výrobci OEM. Vzhledem k úspěšnému použití MQL ve stále větším počtu aplikací na celém světě mohou být nyní výrobky Lubri­Lean dodávány i do dalších průmyslových odvětví a zemí. V případě problémů s ochranou životního prostředí představuje MQL vhodné řešení, které současně přispěje k zajištění hospodárného a vysoce kvalitního obrábění.

Využití technologie a výrobků MQL se rychle prosazuje. Řezný výkon však nezávisí jen na systému MQL, ale také na obráběcím stroji, řezném nástroji, obráběném materiálu, parametrech zpracování atd. Všechny faktory musí být vzájemně sladěny a optimalizovány. Z toho důvodu úspěšné aplikace vyžadují silnou technickou podporu a spolupráci s dalšími technickými partnery. Je to začátek další fáze vývoje a rozšíření MQL.

Obr. 8: Mazání SKF MQL – vnitřní a vnější

Obr. 8: Mazání SKF MQL – vnitřní a vnější

Co je MQL?
Mazání minimálním množstvím maziva neboli MQL je založeno na principu co nejpřesnějšího mazání břitu nástroje minimálním množstvím maziva podle požadavků obráběcího procesu. Systém MQL (obr. 8) využívá biologicky odbouratelný olej k přípravě aerosolu, který je tvořen kapkami homogenní velikosti v oblasti mikrorozměrů, a dopravuje ho k místu řezu nástroje, v němž zajišťuje mazání nástroje, obrobku a třísky. V případě vnějšího MQL je aerosol dopravován k místu řezu nástroje tryskou, resp. v případě vnitřního MQL je dopravován k ostří nástroje kanálky v nástroji. Malý průměr kapek zabraňuje jejich oddělení od proudu vzduchu působením odstředivé síly při průchodu aerosolu rotujícím vřetenem.

Spotřeba maziva je zpravidla nižší než 50 ml/h v závislosti na způsobu obrábění, obráběném materiálu a nastavení stroje. Malé množství maziva zajišťuje, že obrobky a třísky zůstávají suché. Výsledkem jsou podstatné úspory nákladů, protože není nutné čistit obrobek ani třísky.

Tato technologie umožňuje dále spolehlivě mazat břit nástroje i při otáčkách vyšších než 20 000 min-1.

MQL nachází uplatnění především při obrábění, např. při soustružení, frézování, vrtání a tváření. Řešení MQL umožňuje dodat výrobní buňku se složitým chladicím systémem vybavenou kompaktním mazacím zařízením.

Obr. 9: Nabídka výrobků LubriLean.

Obr. 9: Nabídka výrobků LubriLean.

Nabídka výrobků SKF
Skupina SKF vyvinula úplnou nabídku výrobků MQL a řešení od vnitřního a vnějšího mazání nástrojů s menšími a většími průměry po automatickou regulaci nebo ručně nastavitelnou regulaci s automatickým sledováním stavu aerosolu, popř. bez automatického sledování. Obr. 9 představuje úplnou nabídku výrobků.

Technicky nejpokročilejší výrobek MQL řady DigitalSuper je vybaven vlastním řídicím systémem a je dodáván s technicky progresivní procesní sběrnicí ProfiBus nebo ProfiNet pro obráběcí a soustružnická centra s jedním nebo dvěma vřeteny.

Řada Vario byla vyvinuta pro vnitřní a vnější mazání a lze ji ovládat kontrolérem obráběcího stroje. VarioSuper je systém navržený pro obráběcí centra, soustružnická obráběcí centra a speciální stroje. VarioPlus je ručně nastavitelný systém určený pro soustružení, frézování a vrtání. Může být dodatečně namontován na soustružnická a obráběcí centra. Vario je ruční zařízení vhodné pro všeobecné i speciální aplikace (např. vícevřetenová obráběcí zařízení) a pro dodatečnou montáž na soustruhy.

LubriLean Basic a Smart jsou základní výrobky pro vnější mazání minimálním množství maziva. Lubri­Lean Basic je obzvláště vhodný pro stroje, u nichž je k nástroji přiváděno mazivo ze dvou stran (možnost volby až osmi trysek), jako např. při frézování. Lubri­Lean Smart je hospodárné řešení, které se vyznačuje snadnou montáží. Tento modulární systém umožňuje flexibilní a hospodárnou instalaci (např. na postupové linky a centrální přívod k několika procesním bodům).

SKF LubriLean mohou využít výrobci OEM i koncoví zákazníci k montáži na nové stroje nebo k dodatečné montáži na obráběcí stroje. Místo vysokotlaké chladicí kapaliny využívají tato zařízení aerosol, který je připraven z oleje v zařízení pomocí Venturiho efektu, a tedy nemusí být instalováno čerpadlo. Díky tomu se sníží spotřeba energie, může se zvýšit řezná rychlost a prodloužit životnost nástroje. Dále se zabrání rozlití kapaliny v prostoru obráběcího stroje, obrobky jsou suché a není nutné je čistit a ani nedochází ke znečištění.

Obchodní kontakty

evolution@skf.com

LubriLean a BeyondZero jsou registrované ochranné známky skupiny SKF.

Související obsah