Jetstream Tooling® - sistem de răcire cu înaltă presiune

Există aşteptări mari în ceea ce priveşte sistemele de distribuţie a lichidului de răcire. Când alegeţi sau eventual sunteţi forţaţi de situaţie să utilizaţi lichid de răcire trebuie să aveţi în vedere două aspecte importante: eficienţa funcţională trebuie să fie la un nivel cât mai ridicat şi acesta trebuie să prezinte oportunităţi semnificative pentru a elibera productivitatea indirectă. La fel de important este, în special în cazul operaţiilor de strunjire, ca sistemul de distribuire a lichidului de răcire către suport să asigure un control eficient al aşchiilor.

Beneficiile utilizării lichidului de răcire sunt bine cunoscute. În general, lichidul de răcire este utilizat prin simpla inundare a zonei de prelucrare. Pentru ca utilizarea lichidului de răcire să fie într-adevăr eficientă acesta trebuie să înlăture rapid căldura din zona de aşchiere şi să dirijeze fluxul de lichid de răcire exact acolo unde este nevoie.

Provocări existente în răcirea procesului de aşchiere

Există foarte multe exemple care au fost descoperite în decursul aplicaţiilor sau datorită cerinţelor stricte în prelucrările prin aşchiere. Una dintre cele mai extraordinare exemple sunt prezente în industria aerospaţială, în cazul aliajelor de titan, Ti6Al-4V. Acest material are conductibilitate redusă şi modul de elasticitate mic, făcându-l potrivit pentru piese uşoare, cu rezistenţă mare la stres şi căldură, din componenţa motoarelor cu reacţie. Cu toate acestea este una dintre cele mai costisitoare variante deoarece viteza de aşchiere este foarte mică, nu este posibil un control al aşchiilor şi durata de viaţă a sculei este relativ scurtă. Şpanul lung şi nefragmentat poate cauza blocarea aşchiilor, zgârierea suprafeţei finisate, distrugerea sculei sau, în cel mai rău caz, distrugerea semifabricatului.

Aşchiile în formă de cuib de pasăre, generate de prelucrările prin aşchiere, conduc la o productivitate scăzută în producţiile supravegheate şi fac imposibilă utilizarea echipamentelor nesupravegheate în operaţiile fără vizibilitate. Acest lucru este valabil atunci când prelucrarea se realizează cu suporţi sau  sisteme de scule convenţionale care nu sunt poziţionate aproape de muchia de aşchiere.

Deşi de-a lungul timpului sistemele cu înaltă presiune au fost îmbunătăţite, mulţi producători încă mai folosesc sisteme de răcire care inundă pur şi simplu suportul şi zona de aşchiere pentru a reduce căldura. În plus, ajutajul flexibil se poate deplasa făcându-le foarte imprecise atunci când vine vorba de dirijarea lichidului de răcire către zona de aşchiere. De asemenea, aceste sisteme nu permit un control adecvat al presiunii.

Deoarece lichidul de răcire utilizat prin simpla inundare doar spală zona de aşchiere pot apărea zone fierbinţi unde există posibilitatea formării unei bariere de vapori. Această barieră de vapori izolează zona de aşchiere şi previne disiparea căldurii. Pentru a combate această situaţie sistemul de răcire cu înaltă presiune poate elimina căldura destul de repede şi, datorită presiunii mari, previne formarea barierelor de vapori.

Producătorii trebuie să ţină cont de faptul că există diferenţe între sistemele de distribuire a lichidului de răcire sub presiune. Cea mai comună diferenţă este distanţa până la zona de aşchiere sau cea dintre dispersorul de lichid faţă de zona de contact dintre sculă şi piesă. Unele dispersoare nu sunt destul de aproape pentru a executa o răcire eficientă şi precisă a zonei de aşchiere. Sistemele care au încorporate dispersoare aflate la mare distanţă de zona de aşchiere trebuie să utilizeze presiuni foarte mari pentru a compensa distanţa.

În cazul în care dispersoarele sunt prea departe de zona de aşchiere poate fi necesară utilizarea unor pompe suplimentare. Atingerea rezultatelor similiare cu cele obţinute cu varianta în care dispersorul este aproape de zona de aşchiere implică costuri mai ridicate. Atunci când lichidul de răcire este canalizat prin suport şi inductor ca în cazul sistemului Jetstream Tooling® de la Seco, punctele de răcire pot fi poziţionate foarte aproape de zona de aşchiere, obţinând astfel rezultate mai bune datorită presiunii generate de pompa încorporată. Astfel, se elimină necesitatea utilizării unor pompe suplimentare.

Beneficiile utilizării lichidului de răcire cu presiune mare

Sistemele ca Jetstream Tooling® de la Seco au găuri de ieşire pentru lichidul de răcire încorporate strategic pe suporţi. Presiunea şi fluxul lichidului de răcire, precum şi diametrul mic al punctului de ieşire sunt caracteristicile care permit accesul şi lubrifierea optimă în zona de aşchiere.

Seco a descoperit că prin poziţionarea bridei pentru lichi­dul de răcire foarte aproape de muchia de aşchiere se poate obţine o eficienţă mai ridicată. Asta înseamnă că punctele de ieşire din sistemul de răcire poziţionează jetul lichidului de răcire între partea superioară a plăcuţei şi aşchie, contribuind astfel la ruperea mai uşoară a aşchiilor.

Noua gamă Jetstream Tooling® pentru strunjire, canelare şi debitare asigură suporţi cu puncte de răcire direcţionate către suprafeţele superioare şi laterale ale plăcuţei. Jetul lichi­dului de răcire asigură răcirea optimă necesară exact sub muchia de aşchiere. Jetul suplimentar care este creat pentru a curăţa plăcuţa contribuie la creşterea duratei de viaţă a sculei cu 10% şi aduce îmbunătăţiri în ceea ce priveşte finisarea suprafeţei prelucrate.

Dacă sistemul de răcire asigură răcirea şi controlul ruperii aşchiilor, producătorul elimină timpii morţi şi maximizează capacitatea de producţie a maşinii. La fel de important este şi faptul că prin controlul mai ridicat al aşchiilor puteţi îmbunătăţi viteza şi avansul de strunjire, beneficiaţi de scule cu o durată de viaţă mai mare şi puteţi optimiza finisarea suprafeţelor prelucrate. În anumite cazuri, viteza şi avansul de aşchiere se poate dubla sau chiar tripla, la fel ca şi durata de viaţă a sculei. Acest lucru contribuie la creşterea productivităţii şi profitabilităţii datorită fabricării mai multor piese în acelaşi timp.

Testele efectuate de către Seco pe o piesă de titan cu o viteză de aşchiere de 40 m/min şi avans de 0,25 mm/rev şi 2 mm cu lichid de răcire a avut ca rezultat un timp de ciclu de 5 minute. Cercetătorii au testat în aceleaşi condiţii şi sistemul de răcire cu presiune înaltă şi au reuşit să mărească viteza de aşchiere la 80 m/min şi să micşoreze timpul de ciclu la jumătate şi în acelaşi timp să crească durata de viaţă a suportului cu 100%.

În acest moment utilajele de prelucrare generează o presiune a lichidului de răcire între 20 şi 70 bari, ceea ce este suficient pentru utilizarea Jetstream Tooling® de la Seco. Sistemul Seco poate lucra cu presiuni începând cu 5 bari, ofe­rind un anumit impact asupra productivităţii, până la presiuni de 70 de bari sau chiar la 350 de bari.

Cu Jetstream Tooling® de la Seco puteţi îmbunătăţi productivitatea şi puteţi avea un control mai mare asupra ruperii aşchiilor în majoritatea aplicaţiilor şi în diferite tipuri de materiale – cu o presiune situată între 20 şi 40 bari. Performanţele cresc în acelaşi timp cu intensitatea presiunii şi al fluxului lichidului de răcire (l/min). Presiunea optimă fiind de 70 bari.

Aplicaţii şi domenii industriale

Operaţiile cum ar fi strunjirea, debitarea şi canelarea beneficiază cel mai mult în urma folosirii sistemului de răcire cu presiune înaltă. În aceste operaţii contactul dintre muchia aşchietoare şi piesă este de câteva secunde sau mai mult şi se poate considera o aşchiere continuă. Aşchierea continuă generează o temperatură ridicată în zona de aşchiere şi astfel parametrii de aşchiere trebuiesc ajustaţi pentru a se preveni uzura de flanc şi deformarea plastică a plăcuţei. Aşchierea continuă într-un material cu ductilitate ridicată poate produce aşchii lungi şi greu de controlat.

Majoritatea domeniilor industriale beneficiază în urma utilizării lichidului de răcire cu presiune mare, însă în indus­tria generatoare de energie, cea aerospaţială şi medicală s-a adoptat mai intens acest trend datorită tipurilor de materiale folosite şi datorită necesităţii existenţei managementului formării aşchiilor.

De exemplu titanul, este un material foarte des folosit în industria aerospaţială şi medicală. Acest material este un conductor slab de căldură şi din această cauză temperatura din zona de aşchiere este foarte mare. Acest lucru poate conduce la distrugerea muchiei aşchietoare. Situaţia este şi mai complicată datorită aşchiilor care sunt foarte dificil de controlat.

Trebuie menţionat faptul că unele operaţii de strunjire sunt mai eficiente dacă nu se foloseşte lichid de răcire tradiţional sau cu presiune mare. De exemplu, aplicaţiile cu condiţii de aşchiere intermitente sau întrerupte generează şocuri termice şi beneficiază de rularea uscată, deoarece lichidul de răcire ar amplifica în acest caz efectele negative ale şocului termic.

În mod general utilizarea lichidului de răcire este indicat în aplicaţiile continue. Există însă situaţii în care operaţiile de strunjire pot fi efectuate şi fără utilizarea lichidului de răcire, de exemplu pe strunguri deschise, în condiţii speciale de mediu sau în cazul anumitor tipuri de oţeluri. Plăcuţele Duratomic® CVD de la Seco reprezintă soluţia perfectă în aceste situaţii datorită rezistenţei lor la căldură. Operaţiile de debitare şi canelare, de cele mai multe ori, necesită răcire. Performanţele acestor operaţii se pot mări semnificativ prin utilizarea sistemului de răcire cu înaltă presiune.

Concluzii

Cheia eficienţei privind controlul aşchiilor, optimizării duratei de viaţă a sculei şi creşterea productivităţii - indiferent de tipul sistemului de răcire încorporat - este plasarea punctului de ieşire al lichiului de răcire cât mai aproape de muchia de aşchiere şi direcţionarea acestuia în locul potrivit. Suporţii Jetstream Tooling® de la Seco reprezintă o parte mică din investiţe în comparaţie cu beneficiile aduse – reducerea costurilor cu producţia.  Investiţiile mici făcute cu produse şi sisteme cu lichid de răcire cu presiune mică sunt nesemnificative în comparaţie cu efectele acestora: durata de viaţă redusă a sculei şi pierderi în producţie din cauza timpilor morţi apăruţi din imposibilitatea controlării aşchiilor.