Produktserien LubriLean.

Lite räcker

Minimalsmörjning används allt mer inom skärande bearbetning. Metoden är hållbar och miljövänlig och den ökar produktiviteten samtidigt som kostnaderna hålls nere.

Författare:
Yongrong Li, produktchef, smörj­system, SKF Lubrication Systems, Berlin, Tyskland
Ralf Domrös, affärsutvecklingschef, SKF Lubrication Systems, Berlin, Tyskland
Santos Rodrigues, försäljningschef, SKF Lubrication Systems, SKF Española S.A., Barcelona, Spanien

Smörjmedel

SKF tillämpar minimalsmörjning (MQL) i sina egna tillverkningsprocesser och har även utvecklat ett omfattande utbud av MQL-lösningar inom ramen för varumärket LubriLean. SKF har konstaterat betydande fördelar i och med introduktionen av MQL, som en högre bearbetningskvalitet och en dramatisk minskning av oljeförbrukningen. En av företagets specialiserade återförsäljare av smörjprodukter, HRE Hydraulic S.L. i Spanien, har beställt forskning för att kvantifiera den samlade besparingen sett till total ägandekostnad. Tecnalia, ett ledande forsknings- och utvecklingsföretag baserat i Bilbao, Spanien, genomförde testerna.

Testparametrar
FoU-testerna utformades för att jämföra bearbetningsprestanda och inverkan på skärkraft, verktygsslitage och verktygstemperatur under olika smörjförhållanden. De totala kostnaderna beräknades för torrbearbetning (utan smörjning), våtbearbetning med ett kylsmörjsystem samt intern och extern MQL-smörjning.

Bearbetningscentrum IBARMIA ZV 25 25/U600 EXTREME

Fig. 1: Bearbetningscentrum IBARMIA ZV 25 25/U600 EXTREME.

Sammanfattning

Minimalsmörjning ökar i betydelse för att möjliggöra en produktiv, kostnadseffektiv och miljövänlig bearbetningsprocess. Under trycket av krav på att sänka produktionskostnaderna har tester visat att SKF MQL Internal kan minska den totala ägandekostnaden till hälften jämfört med våtbearbetning. Eftersom MQL utvecklas i samarbete med partners inom industrin kommer fördelarna att spridas globalt.

Som gemensam testrigg valdes ett bearbetningscentrum IBARMIA ZV 25 (fig. 1). Maskinen ställdes in för våtbearbetning (kylsmörjsystem), för totalt torr bearbetning och för SKFs interna och externa MQL LubriLean VarioSuper.

Som testmaterial valdes rostfritt stål duplex 1.4462 i form av arbetsstycken med storleken 400 mm x 90 mm (fig. 2). Fräsverktygen var av typ Kendu 3203.57(Z4) med fyra spånkanaler för tester med extern smörjning eller torrbearbetning. Samma typ av fräs, dock modifierad för interna kanaler, valdes för tester med intern smörjning.

Två typer av smörjmedel valdes. För vätning med kylsmörjvätska, tillfördes Houghton HOCUT B-750, som är en löslig olja med en koncentration på 7 procent, externt till verktygsmaskinen, vid ett tryck på 2,3 MPa (23 bar). För intern MQL och extern MQL användes SKFs egen smörjprodukt LubriOil. Följande inställningar valdes för processen.

Parametrar:
Varvtal 2 228 r/min
Skärhastighet 70 m/min
Matning per tand 0,05 mm/tand
Skärdjup 8 mm
Skärbredd 4 mm

Testen upprepades med två verktyg i vart och ett av fallen och värden för energiförbrukning och verktygslivslängd registrerades.

Fig. 2: Effektbehov vid bearbetning i de två försöken.

Fig. 2: Effektbehov vid bearbetning i de två försöken.

Resultat
Energiförbrukningen mättes med en energianalysator av typ FlukeView 435, ansluten till strömkällan. Instrumentet registrerar maskinens ineffekt, effekten i varje fas och total effekt (fig. 2).

En jämförande analys av verktygslivslängd vid de olika smörjningsmetoderna utfördes. Som ett kriterium för utslitet verktyg valdes ett fel i form av eggförslitning (VB mindre än 0,3 mm). Förslitningen av flanken (VB) mättes med hjälp av ett stereoskopiskt mikroskop med tio-passintervall.

Vid torrbearbetningstesterna havererade verktygen efter kort tid.

Tester med kylsmörjvätska

Fig. 3: En högfrekvent serie bilder av en pinnfräs för tester med kylsmörjvätska. Överst: a) Fräsverktyg i första försöket. Underst: b) Fräsverktyg i det andra försöket.

Fig. 3 visar fräsverktygens tillstånd i de två försök som utförts med kylsmörjmedel.

Vad beträffar försök 1 (fig. 3a) visar höger bild status för ett verktyg som havererat efter att ha avverkat en spånlängd på 36 m. I den vänstra bilden förmodas skadan på en av spånkanalerna vara orsaken till totalhaveri hos verktyget.

Bilderna från försök 2 (fig. 3b) visar att eggarna har förstörts på ett mindre dramatiskt sätt. Flisningen vid verktygseggen visar att den inte har fått tillräcklig smörjning under bearbetningen. Detta har medfört lokala spänningar och skalning av fräsens eggmaterial.

Tester med extern MQL som kylmetod

Fig. 4: En högfrekvent serie bilder av en pinnfräs för tester med extern MQL som kylmetod. Överst: a) Fräsverktyg i första försöket. Underst: b) Fräsverktyg i det andra försöket.

Fig. 4 visar fräsverktygens tillstånd i de två försök som utförts med extern MQL. För dessa prov är verktygets egg mer progressiv än vid bearbetning med skärvätska.

Bilderna från försök 1 (fig. 4a) visar förslitning på eggarnas släppsida.

Bilderna från försök 2 (fig. 4b) visar att fräsen skadats vid eggarna, närmare bestämt i form av frakturer nära eggarnas ändar.

Slutligen, vid fräsningstest med intern MQL, visar resultaten en mer progressiv förslitning av eggen än vid bearbetning med kylsmörjvätska eller bearbetning med extern MQL – utan egghaveri i något av de två bearbetningstesten med intern MQL.

Tester med intern MQL som kylmetod

Fig. 5: En högfrekvent serie bilder av en pinnfräs för tester med intern MQL som kylmetod. Överst: a) Fräsverktyg i första försöket. Underst: b) Fräsverktyg i det andra försöket.

Försök 1 (fig. 5a) visar att eggarna har slitits på en höjd motsvarande skärdjupet.

Bilderna från försök 2 (fig. 5b) visar däremot mikrobrott vid eggen.

Fig. 6 visar spånlängderna som uppnåddes med vart och ett av fräsverktygen vid de olika smörjmetoderna. Vidare visas det genomsnittliga värdet som erhållits med de olika repetitionerna av varje smörjningsmetod.

Fig. 6: Verktygslivslängd (spånlängd från bearbetning) för olika smörjningsmetoder.

Fig. 6: Verktygslivslängd (spånlängd från bearbetning) för olika smörjningsmetoder.

Slutsatser från testen
Det kan påvisas att verktygslivslängden förbättras signifikant när intern MQL-teknik används, där avverkad spånlängd är betydligt högre än den som erhållits med de andra två smörjningsmetoderna.

Efter beräkningar på de fyra metoderna presenteras en totalkostnad för driften (baserad på avverkning av 1 000 cm3 metall) i tabell 1.

Det framgår tydligt att den totala kostnaden för driften reduceras när LubriLean MQL används. Med MQL intern är den totala kostnaden mindre än 54 procent av den för våtbearbetning.

Tabell 1: Totalkostnad för driften.

Tabell 1: Totalkostnad för driften.

Lyfta MQL till nästa nivå
Långhålsborrning med verktyg med liten diameter är en utmanande uppgift för MQL. Det är icke desto mindre en viktig bearbetningsprocess. Utmaningen ligger i att när borrlängden ökar så ökar mottrycket i kylkanalerna. Den lilla tryckskillnaden mellan luftinlopp och aerosolutlopp försvårar aerosolbildningen, vilket ökar risken för verktygsbrott och kassation. Detta kan medföra onödigt höga kostnader, särskilt när dyrbara legeringar bearbetas.

SKFs ingenjörer satte som mål att förbättra aerosoltillförseln vid långhålsborrning med diametrar (D) under 5 mm och längd över 25 x D. Genom att integrera ett förbikopplingssystem i DigitalSuper, övervakas tryckskillnaden mellan luftinloppet och aerosolutloppet kontinuerligt. När tryckskillnaden är lägre än det önskade värdet aktiveras förbikopplingen för att minska trycket i linjen så att MQL-systemet kan generera tillräcklig mängd aerosol för att smörja änden av ett långt verktyg med liten diameter.

SKF har utsatt systemet för omfattande provning för att verifiera uppnådda resultat och jämföra dem med den tekniskt mer komplicerade tvåkanalsvarianten från konkurrerande företag. Gühring, ett specialistföretag inom precisionsverktyg, levererade moderna mätinstrument för att genomföra testerna och utvärdera data. Spraytester och kvantitativa tester utfördes på en speciell MQL-testbänk som Gühring utvecklat. Sprayegenskaperna registrerades visuellt med hjälp av en kamera.

Tester utfördes även på AlSi7Mg, ett mycket svårbearbetat material. Här användes en borr med diametern 4,5 mm och längden 200 mm tillsammans med kylkanaler på 0,6 mm. Efter analyserna på testbänk bearbetades ett block av AlSi7Mg med skärhastigheten 130 m/min och matningen 0,2 mm/varv. Målet var att undersöka borrprestanda och förslitning på en total borrsträcka om 100 m. SKFs lösning krävde 18 ml smörjmedel per timme. Verktyget var fortfarande i utmärkt skick efter att ha borrat 100 m hål.

Fig. 7: DigitalSuper med förbikopplingsstyrning (överst) samt likformig aerosolleverans (nederst). (Foto: Gühring)

Fig. 7: DigitalSuper med förbikopplingsstyrning (överst) samt likformig aerosolleverans (nederst). (Foto: Gühring)

Bekräftade fördelar
Användningen av DigitalSuper med förbikopplingsstyrning och ett inloppstryck på 1 MPa (10 bar) uppvisar en aerosolfördelning som är mer gynnsam för processtabiliteten vid långhålsborrning än tidigare varianter och konkurrerande produkter. Videoinspelningarna visar en fin, likformig aerosolleverans vid verktyget, vilket krävs för att nå hög bearbetningskvalitet (fig. 7). Detta underlättar god vätning av bearbetningszonen, vilket ökar verktygslivslängden och lyfter arbetsstyckets kvalitet.

Framtiden för SKF LubriLean
LubriLean har varit listad som en SKF BeyondZero-produkt sedan 2014. Verktygsmaskiner utrustade med SKFs LubriLean-system används med framgång i ledande företag inom fordons- och rymdteknik. Hittills har MQL huvudsakligen levererats via europeiska och amerikanska maskinbyggare. Tack vare framgångarna med MQL i allt flera applikationer över hela världen, kan LubriLean-produkter nu utvidgas till andra industrisektorer och länder. Om det finns miljörelaterade problem kan MQL vara lösningen på dessa, samtidigt som tekniken erbjuder en ekonomisk bearbetningsprocess som ger resultat av hög kvalitet.

MQL-teknik och produktapplikationer utvecklas snabbt. Bearbetningsprestanda beror dock inte bara på MQL-systemet utan även på verktygsmaskiner, skärverktyg, bearbetat material, bearbetningsparametrar etc. Alla faktorer måste anpassas till varandra och optimeras. Därför kräver framgångsrika applikationer starkt teknikstöd och samarbete med andra teknikpartner. Detta är startprocessen för nästa fas i utveckling och tillväxt av MQL.

Fig. 8: SKF MQL-smörjning – intern och extern.

Fig. 8: SKF MQL-smörjning – intern och extern.

Vad är MQL?
Minimalsmörjning – MQL – har utvecklats enligt principen att smörja skärverktyget exakt där det behövs och med så lite smörjmedel som möjligt – bara precis så mycket som processen kräver. MQL-systemet (fig. 8) använder bioolja för att skapa aerosol, en homogen droppstorlek i mikroområdet och levererar sedan den till skärpunkten för att smörja verktyg, arbetsstycke och spån genom ett sprutmunstycke som riktas mot skärpunkten (extern MQL) eller via kanaler genom spindel och verktyg fram till verktygsänden (intern MQL). Smörjmedelsdropparna har så liten diameter att de flesta undgår att separeras från luften av centrifugalkraften när aerosolen passerar genom den roterande spindeln.

Smörjmedelsåtgången understiger typiskt 50 ml/h, beroende på avverkningsmetoden, materialet och maskininställningarna. Den minimala mängden smörjmedel gör att arbetsstycken och spån förblir torra. Detta sparar mycket kostnader eftersom arbetsstycket inte behöver rengöras och spånet inte separeras från kylvätska.

Tekniken möjliggör tillförlitlig smörjning av eggarna, även vid varvtal över 20 000 r/min.

MQL har tillämpats i samband med primärbearbetning som svarvning, fräsning, borrning och formning. Med MQL-tekniken kan en tillverkningscell med ett komplicerat kylsystem levereras med en kompakt MQL-lösning.

Fig. 9: Produktserien LubriLean.

Fig. 9: Produktserien LubriLean.

SKFs produktutbud
SKF har utvecklat ett komplett sortiment av MQL-produkter och -lösningar som sträcker sig från intern eller extern smörjning för mindre eller större verktygsdiametrar till automatisk styrning eller manuell inställning med eller utan automatisk övervakning av aerosolförhållandena. Fig. 9 visar produktutbudet.

Den mest avancerade MQL-produkten, DigitalSuper-serien, har sitt eget styrsystem och kan levereras med den avancerade fältbusstekniken­ ProfiBus eller ProfiNet för bearbetnings- och svarvcentra med enkla och dubbla spindlar.

Vario-serien är konstruerad för intern och extern smörjning och kan styras av en verktygsmaskins egen styrenhet. VarioSuper lämpar sig för bearbetningscentra, svarvcentra och specialmaskiner. VarioPlus ställs in manuellt. Produkten lämpar sig för svarvning, fräsning och borrning och kan eftermonteras i svarv- och bearbetningscentra. Vario är en manuell anordning som är enkel att använda i allmänna och speciella applikationer (till exempel flerspindelmaskiner) och som kan eftermonteras på svarvar.

LubriLean Basic och Smart är ingångsprodukter till MQL-teknik för extern smörjning. LubriLean Basic är särskilt lämplig för användning på maskiner där verktyget ska vätas från två sidor (upp till åtta munstycken som tillval), som t.ex. fräsning. LubriLean Smart är en kostnadseffektiv och enkel installationslösning. Med detta modulära system kan olika lösningar implementeras flexibelt och kostnadseffektivt (t.ex. rörledningssystem och centraliserad försörjning till flera maskiner).

SKF LubriLean är till nytta för såväl maskinbyggare som slutanvändare – för nytillverkade verktygsmaskiner respektive för eftermontering i befintliga maskiner. I stället för att leverera kylsmörjvätska under högt tryck bildar SKF LubriLean-enheterna aerosol av en växtbaserad olja med hjälp av venturieffekten – utan behov av pump. Detta minskar energiförbrukningen, möjliggör högre skärhastighet och högre livslängd, minskar oljespill i maskinområdet, ger torra arbetsstycken som inte behöver rengöras, och minskar föroreningsgraden.

Försäljning och råd

evolution@skf.com

LubriLean och BeyondZero är registrerade varumärken som tillhör SKF-koncernen

Relaterat innehåll