Özellikle zor işlenebilir metalik malzemelerin ve plastiklerin işlenmesinde, CO2 ile kriyojenik soğutma önemli ekonomik ve ekolojik avantajlar sunmaktadır. Bu avantajlar, CNC işleme merkezleri ve torna tezgahlarına tamamen entegre edilen yenilikçi bir CO2 soğutma modülü aracılığıyla endüstriyel pratikte etkili bir şekilde kullanılabilir. Bir araştırma projesi kapsamında geliştirilen yeni soğutma ünitesi, klasik soğutucu yağlar için tesislere benzer şekilde dış ve iç soğutma işlemlerinde otomatik alet değiştirme ile çalışmakta olup, ihtiyaç duyulması halinde bunlarla birleştirilebilir.
Yüksek mukavemetli malzemeler, parça kalitesine yönelik artan talepler, maksimum talaş hacmi isteği, enerji ve kaynak verimliliği konusundaki daha yüksek gereksinimler, CO2 ayak izinin azaltılması ve son olarak artan maliyet baskısı, talaş kaldırma teknolojisini yeni zorluklarla karşı karşıya bırakıyor. CO2 ile kriyojenik soğutma, bu görevleri verimli bir şekilde çözmenin anahtarı olarak kabul ediliyor. "Kriyo soğutma, talaş kaldırmada teknolojik sınırları aşmayı sağlıyor ve böylece verimlilik, ekonomik fayda, sürdürülebilirlik ve iş güvenliği konularında belirgin iyileştirmeler elde edilmesini sağlıyor," diyor Lucas Günther, Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ) ve Hochschule'nin Araştırma ve Transfer Merkezi e.V. (FTZ) ekibinde Talaş Kaldırma Teknolojisi Araştırma Grubu'nda proje mühendisi. Meslektaşı Andreas Zinke ise şunları ekliyor: "Hem makine endüstrisi hem de kullanıcılar arasında tam entegre bir soğutma sistemi çözümüne büyük ilgi nedeniyle WHZ ve FTZ, soğutma sistemleri üreticisi acp systems, makine üreticisi Chiron, sıkıştırma teknolojisi ve döner geçiş üreticisi Ott-Jakob ve alet üretimi ve güvenlik teknolojisi alanlarından diğer sanayi ortakları ile birlikte bir araştırma projesi başlattı. Ayrıca, 2015 yılında Zwickau'da kurulan CO2 ile Talaş Kaldırma Sanayi Çalışma Grubu da projeye dahil edildi."
Tam entegre, CNC kontrollü kriyo soğutma
Amaç, dış ve iç soğutma için tamamen işleme merkezlerine ve torna tezgahlarına entegre edilebilen ve CNC kontrollü bir şekilde çalışabilen bir kriyojenik soğutma çözümünün geliştirilmesiydi; bu, konvansiyonel soğutma sıvıları için tesislerde olduğu gibi. Bunun için çeşitli zorlukların üstesinden gelinmesi gerekiyordu. İlk zorluk, soğutma modülünün boyutları veya yer ihtiyacıyla ilgiliydi. Chiron Mill 800 için HSK 63 alet arayüzü ile kullanıma yönelik olarak geliştirilmiş olmasına rağmen, diğer üreticilerin makine konseptlerine ve diğer arayüz sistemlerine büyük bir çaba harcamadan uyum sağlayabilmesi gerekmektedir.
Ayrıca, makine entegrasyonu için uygun bir medya dağıtım cihazı geliştirdik. Bu, kriyojenik soğutmanın, geleneksel soğutma çözümlerine benzer şekilde, alet üzerinde dış soğutma veya aletin içinden soğutma olarak seçilmesine olanak tanır," diye açıklıyor Lucas Günther başka bir zorluğu. Bu, bir işleme merkezinin hem kriyojenik hem de emülsiyon soğutması veya minimum miktar yağlama ile birleştirilerek işletilmesi olanağını içerir. Kontrol ve güvenlik sistemlerinin entegrasyonu standartlaştırılmış arayüzler ve CO2 güvenlik sensörleri aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. "Kriyojenik soğutma sistemi, işleme merkezi üzerinden tamamen kontrol edilebilir," diye netleştiriyor Andreas Zinke. "Ayrıca, işleme merkezinin güvenlik teknolojisi ile soğutma sistemi birbirine bağlıdır. Sistemlerden birinde bir kapatma gerçekleşirse, diğeri de otomatik olarak kapatılır."
Sınır değeri 5.000 ppm CO2 kesinlikle korunacaktır.
Tamponun yanı sıra, FTZ'de kapsamlı araştırmalar ve testler temelinde kriyojenik CO2 soğutması ile alet makinelerinin güvenli işletimi için bir konsept geliştirilmiştir. Üretim çalışanları için tehlike potansiyelini belirlemek amacıyla araştırmacılar iki test senaryosu üzerinde çalıştılar: İlk senaryoda, CO2 küçük, orta ve büyük miktarlarda açık veya yarı açık çalışma alanına sahip alet makinelerinde kullanıldı.
İkinci deney düzeneklerinde çalışma alanı kapalıydı, burada da farklı CO2 miktarları kullanıldı. Makine ve salon ortamında harici emiş açık ve kapalıyken CO2 konsantrasyonları ölçüldü.
"Buna dayanarak, hangi güvenlik teknolojisinin gerekli olduğunu, bunun güvenli bir işletme için nasıl kullanılacağını ve nerede yerleştirilmesi gerektiğini tanımladık. Bu doğrultuda acp systems, konsantrasyon ölçümü ve kapatma teknolojisi için CO2 izleme sensörlerini genel sisteme entegre etti," diyor Andreas Zinke. "Hava ortamındaki CO2 için işyeri sınır değeri olan 5.000 ppm güvenilir bir şekilde korunmaktadır. Temelde, işleme sırasında kullanılan CO2 miktarları düşük olarak değerlendirilmektedir."
Verimlilik, ekonomik fayda ve sürdürülebilirliği acımasızca artırmak.
Kriyojenik soğutma konusunda WHZ ve FTZ'de 15 yıldır araştırmalar yapılmaktadır. Farklı malzemeler ve çeşitli talaş kaldırma uygulamaları ile yapılan kapsamlı temel araştırmalar, CO2 kriyo-soğutmanın etkinliğini kanıtlamıştır. Özellikle işlenmesi zor metal malzemelerde, paslanmaz çelikler, nikel, kobalt ve titanyum alaşımları ile plastikler, lif takviyeli kompozitler ve polietereterketon (PEEK) gibi malzemelerde, konvansiyonel soğutma sıvılarına (KSS) göre daha yüksek zaman talaş hacimleri, daha düşük alet aşınması ve daha uzun alet ömrü elde edilmiştir.
Bu avantajlar, endüstri ortaklarıyla yapılan çeşitli uygulama ve parça ile ilgili projelerle doğrulanmıştır. Ayrıca, soğutma kalıntısız gerçekleşir, bu da parçaların ve takım makinelerinin temizlik yükünü minimize eder ve talaşların geri dönüşümünü önemli ölçüde kolaylaştırır. "Ayrıca, CO2 kullanımı ile genellikle yüzey kalitesinde iyileşmeler ve kenar oluşumunda azalma görülmektedir," diye ekliyor Lucas Günther.
Soğutma teknolojisi, ekolojik ve iş güvenliği açısından da avantajlar sunmaktadır. Kryojenik soğutma için kullanılan geri dönüştürülmüş sıvı CO2, kimyasal üretim süreçlerinde ve biyokütleden enerji elde edilmesi sırasında oluşmaktadır. Buna karşılık, geleneksel KSS, kullanım süresinin sonunda atılması gereken bir kimyasal üründür. Ayrıca, soğutucu yağ bileşenleri, örneğin katkı maddeleri veya bakterisitler, çalışanlar için bir tehlike oluşturabilir. CO2 ayak izi açısından da kryojenik soğutma daha iyi bir performans sergilemektedir.
"İlk araştırmalar ve karşılaştırmalı hesaplamalar, orta boyutlu yağ/emülsiyon soğutma sistemlerinin enerji tüketiminin birkaç kilowatt civarında olduğunu, yüksek basınçlı soğutma sistemlerinin ise 10 kW'ye kadar çıkabileceğini göstermiştir. Buna karşın, kriyojenik soğutma sadece 100 Watt'tan daha az tüketmektedir," diyor Andreas Zinke. Bu sayede çok fazla enerji tasarrufu sağlanabilir, bu da CO2 ayak izini olumlu yönde etkiler.
Yeni geliştirilen acp sistemlerinin CO2 soğutma modülü, kesme işlemleri için, alet veya torna tezgahı ya da işleme merkezi üreticisinden bağımsız olarak tamamen entegre edilebilen ve CNC kontrollü güvenli bir şekilde işletilebilen bir çözüm sunmaktadır. Bu, geleneksel KSS soğutmasına kıyasla belirgin şekilde daha yüksek bir performans sağlar ve kriyojenik soğutmanın teknolojik, ekonomik ve ekolojik avantajlarının eklenmesini mümkün kılar.
İletişim:
