Начини за подобряване на енергийната ефективност на процесите на рязане - сп. "Твърда сплав"
Намалената консумация на енергия по време на рязане се осигурява от микро и макро геометрията на режещите инструменти (изображение: Mapal)
Разходите за енергия непрекъснато се увеличават. Според Ekkehard Kalhöfer и Jochen Kress е необходим анализ на енергопотреблението на металообработващите машини и процесите на рязане, за да се идентифицират конкретни възможности за енергийна ефективност. *
Съвременното производство и промишлеността като цяло не могат да се представят без енергия. Интензивният прираст на населението, повишаването на жизнения стандарт и икономическото развитие водят до потреблението на енергия до преди това недостижимо ниво.
В същото време човечеството е изправено пред ограничени енергийни ресурси като въглища, нефт и биогорива. Нарастващото търсене на енергия, заедно с ограничените енергийни доставки, водят до безкрайно увеличение на цените. В тази ситуация енергийната ефективност на производствените процеси е движещата сила за развитието на технологии за модерно и перспективно производство. Но как и с какви средства могат да се постигнат конкретни резултати от оптимизиране на разхода на енергия при обработка на детайли чрез рязане?
Имайки предвид енергийната консумация на машината, включително системата за смазване, има няколко подхода за подобряване на енергийната ефективност:
- Оптимизация на машината и нейните компоненти от гледна точка на икономия на енергия.
- Минимизирайте времето за работа, като изключите за периоди на бездействие.
- Оптимизиране на процеса на рязане и използваните инструменти.
Енергоспестяваща охладителна система с променливи помпи
В условията на широкомащабно производство с преобладаване на процесите на рязане, делът на енергопотреблението на самата машина от общия обем консумирана енергия е по правило 80%. Системата за подаване на охлаждаща течност консумира повече от 50% от този обем. Останалата енергия се разпределя между охладителната система, задвижващата система и хидравличната система.
Съотношение на разход на енергия на отделни компоненти на обработващ център (MAG XS211) по време на серийно производство в три смени
Консумацията на енергия на системата за охлаждане може да бъде значително намалена чрез целенасочено подаване на смазка за охлаждаща течност, като помпи с променлив работен обем. В резултат на това консумацията на енергия на системата в някои случаи се намалява с 60%. В този пример консумацията на енергия на машината като цяло може да бъде намалена с 30% само чрез оптимизиране на системата за подаване на охлаждаща течност.
Основното време на работа на металообработващите машини отнема само една трета от общото време на работа или дори по-малко. Останалото време се състои от периодите на изчакване и смяна на инструмента (спомагателни времена). Въз основа на тази информация могат да бъдат подчертани следните препоръки за подобряване на енергийната ефективност: по време на тези „непродуктивни“ периоди в режим на готовност, помислете за изключване на несъществени компоненти с висока консумация на енергия. В някои случаи подобни мерки могат да спестят над 20% от общата консумирана енергия от машината.
Алтернатива на закупуването на ново оборудване
В момента споменатите възможности за намаляване на енергийните разходи в повечето случаи могат да бъдат реализирани само чрез закупуване на нови машини с оптимизирани показатели за енергийна ефективност. Инвестирането в такава машина обаче е оправдано само ако оборудването наистина се нуждае от подмяна. Предвид големия брой и дълъг експлоатационен живот на съществуващото металорежещо оборудване в страни като Германия, е необходимо да се проучат и внедрят потенциални начини за спестяване чрез оптимизиране на инструментите и технологичните процеси на работещите машини.
За да се оптимизират инструментите и процесите, консумацията на енергия на различни компоненти на оборудването трябва да бъде класифицирана. Всички машинни устройства, които са постоянно или периодично в режим на готовност, се разглеждат тук. Мощността, необходима за тези товари, е основната мощност на машината. Мощността, консумирана от всички устройства в системата за смазване и охлаждане, се определя като мощност на системата за подаване на охлаждаща течност. Допълнителната мощност в допълнение към основната мощност, консумирана от задвижващия инструмент на режещия инструмент по време на обработката, се нарича мощност на процеса на рязане. Умножаването на тези видове мощност по броя на работните цикли дава стойността на общата енергия за всеки от тях - основната енергия, енергията на захранването с охлаждаща течност и енергията на процеса на рязане.
И накрая, за оптимизацията като цяло е важно да се вземе предвид производствената енергия на режещия инструмент. Тъй като експлоатационният му живот може да бъде изключително кратък, оптималната за потребителя енергийна стойност може да бъде увеличена чрез производството му.
Инструменти за „леко режене“ - икономично рязане
Намаляване на мощността на рязане чрез оптимизиране на режещите ръбове
Делът на всеки от тези четири вида енергия в общото потребление, разбира се, се определя от вида на машината и процеса. Освен това в повечето случаи мощността на процеса на рязане е по-малка от 20% от общата енергия. Мощността на системата за охлаждане може да бъде значително по-голяма, ако охлаждащата течност се подава под високо налягане.
Най-очевидният начин за спестяване на енергия за рязане е използването на специализирани инструменти за „леко рязане“. Те осигуряват сравнително ниска сила поради подходящата микро и макро геометрия (малък радиус на режещия ръб, голям ъгъл на гребло) и антифрикционно покритие. Това позволява значително намаляване на енергийната консумация за образуване на стружки и, следователно, на силата на рязане. Стендови тестове върху неръждаема стомана с помощта на девет свредла от твърд карбид показват до 24% разлика в силата на рязане и енергията за образуване на стружки при подобна производителност. Въпреки това, въз основа на тези 24% икономии на енергия за рязане, общата енергия, изразходвана в процеса на обработка, е намаляла само с 3-4%. Тези цифри са получени от конвенционални обработващи центрове, използвани за партидно производство (2-шпинделна машина Alfing) и производство на плесени (HermleC30).