Chlazení procesními kapalinami

Chlazení PK je v současné době nejrozšířenější způsob chlazení v průmyslu, které se převážně uskutečňuje s použitím kapalin vodou mísitelnými (vodné roztoky, emulze, polysyntetické a syntetické kapaliny) a kapalin vodou nemísitelnými (mastné oleje a tuky, minerální oleje, zušlechtěné řezné oleje). PK kombinují chladící i mazací účinek a dle poměru složení lze jeden či druhý účinek zvýšit [17], [19], [53].

34 Chlazení za použití vodou mísitelné PK

Voda je nejdostupnější i nejlevnější formou chladicí kapaliny, která dobře odvádí teplo z prostoru řezu. Neupravená voda má mnoho nedostatků, pro které ji není možné používat přímo jako PK.

Spojením vody a minerální oleje vzniká emulzní kapalina, tj. disperzní soustava dvou vzájemně nerozpustných kapalin, z nichž jedna tvoří mikroskopické kapky rozptýlené v kapalině druhé. Spojuje, do určité míry, přednosti vody i mazacích olejů. Největším podílem emulzní kapaliny je voda, na obrázku 2.3 – 9 [2], [10].

Polysyntetické emulzní kapaliny jsou směsí minerálního oleje doplněného, v určitém procentu, o syntetické komponenty.

Syntetické emulzní kapaliny jsou homogenní roztoky vzájemně mísitelných látek, na rozdíl od plně minerálních a polysyntetických kapalin, neobsahují olej [2], [10].

Polysyntetické a syntetické emulzní kapaliny jsou stabilní, mají výborné chladící schopnosti a dlouhodobou ochranu proti korozi, proto jsou především používány u obráběcích center [2], [10], [41].

Obr- 2.3 – 9 Vodou mísitelné procesní kapaliny [41]

Chlazení za použití vodou nemísitelné PK

Mastné oleje a tuky jsou látky živočišného nebo rostlinného původu, které mají velice dobrý mazací účinek, vzhledem k značné přilnavosti ke kovům [2], [19].

Minerální oleje jsou vyrobeny z ropy, mají dobrou mazací schopnost, horší chladící účinek, velmi dobrý ochranný účinek a dobrou odolnost vůči stárnutí.

Mají příznivý vliv na ŘN, obráběcí stroj i obrobek, na obrázku 2.3 – 10 [2], [9].

Řezné oleje jsou minerální oleje zušlechtěné přísadami ke zvýšení mazivosti a tím ke zlepšení řezných a mazacích schopností ŘN. Pro zušlechtění olejů se nejlépe osvědčily sloučeniny síry, chloru a fosforu [2], [10].

35 Výhodou použití PK je okamžitý náběh chladícího, mazacího i čistícího účinku.

Vystupující proud kapaliny zvýší několikanásobně trvanlivost ŘN, zlepšuje dodržování rozměrové tolerance a kvalitu povrchu obrobené plochy.

Nevýhodou této metody je možný problém s kontaminací okolního prostředí a další náklady spojené s používáním PK i jejich likvidace. Zavedení následných operací pro odstranění PK z třísek nebo z obrobku.

Chlazení pomocí metody MQL (mlhy)

Chlazení MQL je chlazení pomocí stlačeného vzduchu (z prvního zásobníku) a PK, které je přisávána v minimálním množství (z druhého zásobníku). Metoda MQL (Minimal Quantities of Lubricant) je nová varianta, u nás již dříve známé metody mazání mlhou, na obrázku 2.3 – 11a. Tento princip je používaný především tam, kde není možné obrábět zcela za sucha nebo nelze použit větší množství PK.

Jedním z průmyslově využívaných zařízení se nazývá „ACCU-LUBE“, na obrázku 2.3 – 11b [2], [19].

a) b)

Obr.2.3–11 a) Základní princip metody mazání mlhou; b) Průmyslové využití

„ACCU-LUBE“ [41], [20].

Výhoda této metody je v její ekonomičnosti. Jestliže je přistroj pro MQL optimálně seřízen, spotřebuje se méně než 50 ml PK (oleje) na hodinu obrábění.

Obr. 2.3 – 10 Vodou nemísitelné procesní kapaliny [41]

36 Nástroje, obrobky i třísky zůstávají téměř suché, tudíž nejsou nutné další technologické operace pro odstranění PK z třísek nebo z obrobků. Použitím MQL se sníží koeficient tření i teplota řezání oproti čistému obrábění za sucha.

Nevýhoda této metody spočívá ve vznikajícím aerosolu, který muže vyvolat problémy s hygienou pracovního prostředí (např. respirační potíže obsluhy).

Proto se většinou vyžaduje dobré utěsnění pracovního prostoru obráběcího stroje od okolí a odsávání vzniklého aerosolu pres účinné filtry. Samozřejmě to zapříčiní zvýšení nákladu (fixních i provozních).

37

3 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE

Předložená disertační práce, zpracována na téma „Výzkum vlivů progresivních způsobů chlazení u vybraných technologií obrábění“, přispívá k rozšíření poznatků o procesních médiích používaných v těchto procesech obrábění.

Disertační práce reaguje na sílící potřebu nahrazení klasických procesních kapalin za jiná média např. plyny. Tato potřeba je reakcí na požadavky průmyslu, ochrany zdraví a životního prostředí.

Popisuje vlastní testování a vzájemné vyhodnocení vlastností plynných a kapalných médií v procesu obrábění.

V současné době jsou běžně používaným médiem pro chlazení při obrábění procesní kapaliny. Tento způsob chlazení se převážně uskutečňuje s použitím kapalin vodou mísitelnými (vodné roztoky, emulze, polysyntetické a syntetické kapaliny) a kapalin vodou nemísitelnými (mastné oleje a tuky, minerální oleje, zušlechtěné řezné oleje). Procesní kapaliny vynikají svými chladícími, mazacími a čistícími účinky. Mezi „netradiční“ média pro chlazení při obrábění patří procesní plyny, které jsou využívány zejména při obrábění nástrojových nebo těžkoobrobitelných materiálů (podchlazený vzduch, zkapalněný oxid uhličitý a zkapalněný dusík). Mezi plynná média lze také zahrnout obrábění „za sucha“, kde je procesním médiem vzduch.

Hlavním cílem disertační práce je výzkum využití zkapalněných technických plynů a porovnání s klasickými procesními médii v procesu obrábění. K dosažení vytyčeného hlavního cíle je nutné specifikovat dílčí cíle.

Dílčí cíle:

Navrhnout konkrétní hodnotící parametry a vytvořit příslušné metodiky hodnocení.

Zvolit konkrétní představitele procesních médií, jak kapalného tak plynného skupenství.

Zvolit konkrétní představitele technologie s definovanou a nedefinovanou geometrií řezného nástroje, v rámci kterých budou procesní média zkoumána.

Stanovit a vytvořit podmínky pro konkrétní experimenty zvolených technologií (technologické a řezné podmínky, zkušební vzorky apod.)

Provést realizaci experimentálních měření zaměřených na vliv procesních médií při obrábění z pohledu strojních a mechanických vlastností, ekonomickou a ekologickou náročnost.

Vyhodnotit a celkově posoudit vhodnost plynného či kapalného média na konkrétní proces obrábění.

38

4.1 Stanovení postupu měření a hodnocení parametrů

V kapitole jsou uvedeny hodnotící parametry pro konkrétní technologie a podmínky k jejich získání. Pro jednotlivé technologie je ve zkratce popsán konkrétní obráběcí stroj, řezný nástroj, zkušební vzorek (zastupuje obrobek) a stanovené řezné podmínky při experimentech.

4.1.1. Měřené parametry pro hodnocení při experimentech Telopta ŘN (obrobku)

 T2 – teplota ve stanovené hloubce od obrobeného povrchu, tj. 1,0 mm, (teplo, které prostupuje do stanovené hloubky 1,0 mm obrobku při průchodu ŘN),

 T3, T4, T5 – teplota ve stanovené hloubce od obrobeného povrchu, tj. 0,5 mm, (teplo, které prostupuje do stanovené hloubky 0,5 mm obrobku při průchodu ŘN),

 T6 – teplota na povrchu zkušebního vzorku v blízkosti broušené plochy,

(teplo, které prostupuje obrobkem a je ovlivněno PM).

Působící síly Soustružení

 Ff=Fx – posuvová síla

(síla vyvolaná při stanoveném posuvuŘN a velikosti rádiusu špičky VBD),