Osobito pri obradi teško obradivih metalnih materijala i plastike, kriogeno hlađenje s CO2 nudi ključne ekonomske i ekološke prednosti. One se mogu učinkovito iskoristiti u industrijskoj praksi putem inovativnog CO2 hlađnog modula, koji je potpuno integriran u CNC obradne centre i tokarske strojeve s aspekta strojeva, upravljanja i sigurnosti. Novi hlađeni uređaj, razvijen u okviru istraživačkog projekta, radi na vanjskom i unutarnjem hlađenju s automatskom izmjenom alata, usporedivo s postrojenjima za klasične hladne mazive, i po potrebi se može kombinirati s njima.
Visoko čvrsti materijali, rastući zahtjevi za kvalitetom dijelova, želja za maksimalnim volumenom obrade, veći zahtjevi u pogledu energetske i resursne učinkovitosti, smanjenje CO2 otiska i, konačno, sve veći pritisak na troškove predstavljaju nove izazove za tehnologiju obrade. Kriogeno hlađenje s CO2 smatra se ključem za učinkovito rješavanje ovih zadataka. „Kriogeno hlađenje omogućava pomicanje tehnoloških granica u obradi i tako postizanje značajnih poboljšanja u produktivnosti, isplativosti, održivosti i zaštiti na radu“, objašnjava Lucas Günther, projektni inženjer u istraživačkoj grupi za tehnologiju obrade u timu prof. dr. inž. Uwea Teichera na Zapadnosaksonskom sveučilištu u Zwickau (WHZ) i na Istraživačkom i transfernom centru e.V. (FTZ) sveučilišta. Njegov kolega Andreas Zinke dodaje: „Zbog velikog interesa u industriji alatnih strojeva, kao i među korisnicima, za potpuno integriranim rješenjem sustava hlađenja, WHZ i FTZ zajedno s proizvođačem sustava hlađenja acp systems, proizvođačem strojeva Chiron, proizvođačem steznih tehnika i rotacijskih priključaka Ott-Jakob i drugim industrijskim partnerima iz područja proizvodnje alata i sigurnosne tehnike pokrenuli su istraživački projekt. U projekt je također bio uključen Industrijski radni krug za obradu s CO2 osnovan 2015. godine u Zwickauu.“
Potpuno integrirano, CNC-upravljano kriogeno hlađenje
Cilj je bio razvoj kriogene rashladne solucije za vanjsko i unutarnje hlađenje, koja bi bila potpuno integrirana u obradne centre i tokarske strojeve u pogledu opskrbe medijem, kontrole i sigurnosne tehnike te bi se mogla CNC-uređajem upravljati kao što je to slučaj s postrojenjima za konvencionalne rashladne tekućine. Za to je bilo potrebno savladati različite izazove. Prvi je bio u vezi s veličinom konstrukcije odnosno potrebom za prostorom rashladnog modula. Neovisno o tome što je razvijen za korištenje u Chiron Mill 800 s alatom HSK 63, mora se moći prilagoditi bez velikih napora konceptima strojeva drugih proizvođača i drugim sustavima sučelja.
Osim toga, razvili smo odgovarajući medijski razdjelnik za tehničku integraciju strojeva. To omogućava da se kriogeno hlađenje, analogno konvencionalnim rješenjima hlađenja, može odabrati kao vanjsko hlađenje na alatu ili kao unutarnje hlađenje kroz alat“, opisuje Lucas Günther još jedan izazov. To uključuje mogućnost kombiniranog rada obradnog centra – kako kriogenog, tako i s emulzijskim hlađenjem ili minimalnom količinom podmazivanja. Integracija sustava upravljanja i sigurnosti izvršena je putem standardiziranih sučelja i CO2 senzora sigurnosti. „Kriogeni sustav hlađenja može se potpuno upravljati putem obradnog centra“, konkretizira Andreas Zinke. „Osim toga, sigurnosna tehnologija obradnog centra i sustava hlađenja su povezani. Ako dođe do isključenja jednog od sustava, drugi se automatski isključuje.“
Granična vrijednost od 5.000 ppm CO2 bit će sigurno poštovana.
Dopunski, uz modul za hlađenje, na FTZ-u je na temelju opsežnih istraživanja i testova razvijen koncept sigurnog rada alatnih strojeva s kriogenim CO2 hlađenjem. Kako bi se utvrdio potencijal opasnosti za zaposlenike u proizvodnji, istraživači su radili s dva testna scenarija: u prvom su CO2 koristili u malim, srednjim i velikim količinama u alatnim strojevima s otvorenim ili poluotvorenim radnim prostorom.
U drugom eksperimentalnom postavu radni prostor bio je zatvoren, a ovdje su također korištene različite količine CO2. Mjerene su koncentracije CO2 pri uključenom i isključenom vanjskom usisavanju u okruženju stroja i hale.
„Na temelju toga definirali smo koju sigurnosnu tehnologiju je potrebno primijeniti, kako je koristiti za sigurno poslovanje i gdje je treba postaviti. Prema tome, acp systems je integrirao CO2 senzore za nadzor koncentracije i tehnologiju isključivanja u cjelokupni sustav“, izvještava Andreas Zinke. „Granična vrijednost za CO2 na radnom mjestu od 5.000 ppm u okolnom zraku se pouzdano poštuje. U načelu, korištene količine CO2 u obradi se smatraju malima.“
Povećanje produktivnosti, isplativosti i održivosti bez milosti
Na kriogenom hlađenju se na WHZ-u i FTZ-u istražuje već 15 godina. Opsežna osnovna istraživanja s različitim materijalima i u raznim primjenama obrade potvrdila su učinkovitost CO2 kriogenog hlađenja. Osobito kod teško obradivih metalnih materijala, uključujući nehrđajući čelik, legure nikla, kobalta i titana, kao i kod plastike, kompozitnih materijala i polietereterketona (PEEK), postignuti su veći volumeni obrade, manji trošenje alata i duži radni vijek alata u usporedbi s konvencionalnim hladno-lubrikantima (KSS).
Ove prednosti potvrdili su razni projekti vezani uz primjenu i dijelove s industrijskim partnerima. Osim toga, hlađenje se odvija bez ostataka, što minimizira napore za čišćenje dijelova i alatnih strojeva te značajno olakšava recikliranje strugotine. „Osim toga, upotreba CO2 često pokazuje poboljšanu kvalitetu površine i smanjeno stvaranje buraga“, dodaje Lucas Günther.
Prednosti hlađenja također se očituju u ekološkim i aspektima zaštite na radu. Reciklirani tekući CO2 koji se koristi za kriogeno hlađenje nastaje u kemijskim proizvodnim procesima i pri proizvodnji energije iz biomase. Nasuprot tome, konvencionalna KSS je kemijski proizvod koji se mora zbrinuti na kraju svog vijeka trajanja. Osim toga, sastojci hlađiva, poput aditiva ili baktericida, mogu predstavljati opasnost za zaposlenike. Kada je riječ o CO2 otisku, kriogeno hlađenje također ima bolje rezultate.
„Prva istraživanja i usporedne kalkulacije potrošnje energije pokazala su da kod korištenja sustava hlađenja s uljem/emulzijom srednje veličine potrošnja struje iznosi nekoliko kilovata, dok kod sustava hlađenja pod visokim pritiskom može doseći čak 10 kW. S druge strane, kriogeno hlađenje troši manje od 100 vata“, izvještava Andreas Zinke. Time se može uštedjeti mnogo energije, što pozitivno utječe na CO2 otisak.
S novorazvijenim CO2 modulom za hlađenje tvrtke acp systems, obrada sada ima rješenje koje se može potpuno integrirati u stroj za obradu ili stroj za okretanje neovisno o proizvođaču, te se može upravljati CNC-om s procesnom sigurnošću. To omogućuje znatno veću učinkovitost u usporedbi s konvencionalnim hlađenjem s KSS, uz dodatno ostvarivanje tehnoloških, ekonomskih i ekoloških prednosti kriogenog hlađenja.
Kontakt:
