Zlasti pri obdelavi težko obdelovalnih kovinskih materialov in plastike ponuja kriogeno hlajenje s CO2 odločilne ekonomske in ekološke prednosti. Te se lahko učinkovito izkoristijo v industrijski praksi z inovativnim CO2-hlajenskim modulom, ki je v celoti integriran v CNC obdelovalne centre in stružnice z vidika strojev, krmiljenja in varnosti. Nova hladilna enota, ki je bila razvita v okviru raziskovalnega projekta, deluje pri zunanjih in notranjih hlajenjih s samodejno menjavo orodja, podobno kot naprave za klasične hladilne in mazalne tekočine, in je po potrebi združljiva z njimi.
Visoko trdni materiali, naraščajoče zahteve po kakovosti komponent, želja po maksimalnem obsegu obdelave, višje zahteve glede energetske in učinkovitosti virov, zmanjšanje ogljičnega odtisa in nenazadnje naraščajoč pritisk na stroške predstavljajo nove izzive za obdelovalno tehniko. Kriogeno hlajenje s CO2 velja za ključ do učinkovitega reševanja teh nalog. „Kriogeno hlajenje omogoča premikanje tehnoloških meja v obdelavi in tako dosego pomembnih izboljšav pri produktivnosti, ekonomičnosti, trajnosti ter varnosti pri delu,“ pojasnjuje Lucas Günther, projektni inženir v raziskovalni skupini za obdelovalno tehniko v ekipi prof. dr. inž. Uwe Teicherja na Zahodnosaksonski visoki šoli Zwickau (WHZ) in v Raziskovalnem in prenosnem centru e.V. (FTZ) te visoke šole. Njegov kolega Andreas Zinke dodaja: „Zaradi velikega interesa tako v industriji obdelovalnih strojev kot tudi pri uporabnikih po popolnoma integrirani rešitvi za hlajenje so WHZ in FTZ skupaj s proizvajalcem hladilnih sistemov acp systems, proizvajalcem strojev Chiron, proizvajalcem naprave za pritrditev in vrtenje Ott-Jakob ter drugimi industrijskimi partnerji s področja proizvodnje orodij in varnostne tehnike začeli raziskovalni projekt. V projekt je bil vključен tudi industrijski delovni krog za obdelavo s CO2, ustanovljen leta 2015 v Zwickau.“
Popolnoma integrirano, s CNC-jem krmiljeno kriogeno hlajenje
Cilj je bil razvoj kriogene hladilne rešitve za zunanje in notranje hlajenje, ki je v celoti integrirana v obdelovalne centre in stružnice ter lahko deluje s CNC-krmiljenjem, kot je to primer pri napravah za konvencionalna hladilna sredstva. Pri tem je bilo treba premagati različne izzive. Prvi je bil povezan z velikostjo oziroma prostorskimi zahtevami hladilnega modula. Ne glede na to, da je bil razvit za uporabo v Chiron Mill 800 z orodjem HSK 63, se mora brez večjih težav prilagoditi strojnim konceptom drugih proizvajalcev in dodatnim sistemom vmesnikov.
Poleg tega smo razvili ustrezen medijski razdelilnik za strojno tehnično integracijo. Ta omogoča, da se kriogeno hlajenje izbere analogno konvencionalnim rešitvam hlajenja, bodisi kot zunanje hlajenje na orodju bodisi kot notranje hlajenje skozi orodje,“ opisuje Lucas Günther še eno izziv. To vključuje možnost delovanja obdelovalnega centra v kombinaciji – tako kriogeno kot z emulzijskim hlajenjem ali minimalnim mazanjem. Integracija nadzora in varnostne tehnologije se je izvedla preko standardiziranih vmesnikov in CO2 varnostnih senzorjev. „Kriogena hladilna naprava se tako popolnoma nadzira preko obdelovalnega centra,“ konkretizira Andreas Zinke. „Poleg tega je varnostna tehnologija obdelovalnega centra in hladilne naprave povezana. Če pride do izklopa enega od sistemov, se tudi drugi samodejno izklopi.“
Mejna vrednost 5.000 ppm CO2 bo zagotovo spoštovana.
Dopolnilno k hladilnemu modulu je bilo na FTZ na podlagi obsežnih raziskav in testov razvito koncept za varno delovanje obdelovalnih strojev s kriogeno CO2-hladitvijo. Da bi ugotovili potencialno nevarnost za zaposlene v proizvodnji, so raziskovalci delali z dvema testnima scenarijema: pri prvem so CO2 uporabljali v majhnih, srednjih in velikih količinah v obdelovalnih strojih z odprtim oziroma polodprtim delovnim prostorom.
Pri drugem poskusnem sistemu je bil delovni prostor zaprt, tudi tukaj so bile uporabljene različne količine CO2. Merjene so bile koncentracije CO2 pri vklopljeni in izklopljeni zunanji odsesavanju v okolju stroja in dvorane.
„Na tej osnovi smo opredelili, katera varnostna tehnologija je potrebna, kako jo je treba uporabiti za varno delovanje in kje jo je treba namestiti. V skladu s tem je acp systems integriral senzorje za spremljanje CO2 za merjenje koncentracije in izklopno tehnologijo v celoten sistem,“ poroča Andreas Zinke. „Mejna vrednost za CO2 na delovnem mestu, ki znaša 5.000 ppm v okolju, se dosledno upošteva. Na splošno je treba obravnavane količine CO2 pri obdelavi obravnavati kot nizke.“
Produktivnost, ekonomičnost in trajnost hladno povečati
Na kriogeno hlajenje se na WHZ in FTZ že 15 let raziskuje. Obsežne temeljne raziskave z različnimi materiali in pri različnih obdelovalnih aplikacijah so potrdile učinkovitost CO2-kriogenega hlajenja. Zlasti pri težko obdelovalnih kovinskih materialih, med katerimi so nerjavne jekla, zlitine niklja, kobalta in titana, pa tudi pri plastiki, kompozitnih materialih in polietereterketonu (PEEK), so bili doseženi višji časovni obsegi obdelave, manjša obraba orodij in daljše življenjske dobe orodij v primerjavi s konvencionalnimi hladilno-lubrikantnimi sredstvi (KSS).
Te te prednosti so potrdili različni projekti, povezani z aplikacijami in komponentami, v sodelovanju z industrijskimi partnerji. Poleg tega se hlajenje izvaja brez ostankov, kar minimizira potrebo po čiščenju komponent in orodnih strojev ter znatno olajša recikliranje chipsov. "Poleg tega se z uporabo CO2 pogosto pokažejo izboljšane kakovosti površin in zmanjšano nastajanje burrs," dodaja Lucas Günther.
Prednosti hladilne tehnologije so tudi z ekološkega in varnostnega vidika. Reciklirani tekoči CO2, ki se uporablja za kriogeno hlajenje, nastaja v kemičnih proizvodnih procesih in pri pridobivanju energije iz biomase. V nasprotju s tem je konvencionalno KSS kemični izdelek, ki ga je treba na koncu njegove življenjske dobe odložiti. Poleg tega lahko sestavine hladilno-mazalnih sredstev, na primer aditivi ali baktericidi, ogrozijo zaposlene. Kriogeno hlajenje se prav tako bolje odreže glede na ogljični odtis.
„Prve raziskave in primerjalni izračuni porabe energije so pokazali, da pri uporabi oljnih/emulzijskih hladilnih sistemov srednje velikosti poraba električne energije znaša več kilovatov, pri visokotlačnih hladilnih sistemih pa lahko doseže celo 10 kW. Kryogeno hlajenje pa porabi manj kot 100 vatov“, poroča Andreas Zinke. S tem se lahko prihrani veliko energije, kar pozitivno vpliva na ogljični odtis.
Z novorazvitem CO2 hladilnim modulom podjetja acp systems je obdelava zdaj na voljo rešitev, ki se ne glede na proizvajalca orodja ali stružnice oziroma obdelovalnega centra popolnoma integrira vanj in se lahko CNC-krmiljeno varno uporablja. Omogoča znatno višjo zmogljivost v primerjavi s konvencionalnim hlajenjem s KSS ter dodatno uresničitev tehnoloških, ekonomskih in ekoloških prednosti kryogenega hlajenja.
Kontakt:
Žal ne morem obiskati spletnih strani. Lahko pa pomagam s prevodom besedila, ki mi ga posredujete.
