CoroMill 176. innowacja we frezowaniu. Miesięcznik Naukowo-Techniczny Agenda Wydawnicza SIMP NR 3/2013

Transkrypt

1 Rok założenia PL ISSN Index 36522X Cena 16,00 zł (w tym 8% VAT) Miesięcznik Naukowo-Techniczny Agenda Wydawnicza SIMP NR 3/2013 CoroMill 176 innowacja we frezowaniu Artykuł na s. 182 SANDVIK POLSKA Sp. z o.o. Al. Wilanowska 372, Warszawa, tel. (22) , fax: (22)

2

3 ROCZNIK 86 NR 3 MARZEC 2013 PANORAMA 151 Przegląd informacji krajowych i zagranicznych OBRÓBKA SKRAWANIEM 153 W. Grzesik: Podstawy projektowania i optymalizacji ekologicznych procesów obróbki skrawaniem* SPIS REKLAMODAWCÓW Opracowania graficzne redakcji Mechanik podlegają prawom autorskim i nie mogą być publikowane bez zgody redakcji AgieCharmilles II okł. Barosz Gwimet 165 Bystronic 157 [Cztery] 4metal.pl 215 Datacomp 231 Dunkes 169 Ejot Polska 191 Eurotec 165 Evatronix 229 Fabryka Automatów Tokarskich 163 Faro 215 Fraisa III okł. Heinrich Kipp Werk KG 181 Hexagon 205 Igus 225 Iscar 193, IV okł. KTR 191 Machine.pl 240 Metale24.pl 219 Millenium Leasing 161 Mitutoyo 209 Narzędziownia.org 215 ONA electro-erosión 159 Pramet 203 Rands Obrabiarki CNC 161 Renishaw 207 Seco Tools 197 Smart Solutions 233 Sandvik Coromant I okł. Targi EUROTOOL, Kraków 221 Targi ITM Polska, Poznań 219 Targi KOMPOZYT-EXPO, Kraków 239 Targi PLASTPOL, Kielce 181 Targi TOOLEX, Sosnowiec 223 Yamazaki Mazak 155 ZW3D 235 Redakcja nie odpowiada za treść materiałów reklamowych OBRABIARKI 166 TruMark serii 6000 wysoko wydajne znakowanie laserowe (TRUMPF). Urządzenie o dużej mocy źródeł laserowych i bardzo wysokiej jakości emitowanej wiązki. Możliwość zastosowania systemu z podwójną głowicą. 168 Nowoczesne urządzenia nitujące (DUNKES). Siła docisku kn; do nitowania pionowego i poziomego nitów aluminiowych i stalowych; manualne lub automatyczne. 170 Nowe systemy sterowania CNC (SIEMENS). Nowe możliwości techniczne i technologiczne dzięki wykorzystaniu platformy SINUMERIK Operate, pakietu MDynamics w systemach SINUMERIK 840Dsl Basic, SINUMERIK 840Dsl 1B oraz SINUMERIK 828D. NOWE TECHNOLOGIE 173 F. Górski, A. Hamrol, D. Grajewski, P. Zawadzki: Integracja technik wirtualnej rzeczywistości i wytwarzania przyrostowego hybrydowe podejście do rozwoju wyrobu. Cz. 1* BIULETYN INSTYTUTU ZAAWANSOWANYCH TECHNOLOGII WYTWARZANIA 177 G. Skrabalak, J. Kozak: Obróbka elektroerozyjna w dielektrykach gazowych* OBRÓBKA PLASTYCZNA 187 Z. Pater, J. Tomczak, T. Bulzak: Wpływ kształtu obrzeża na przebieg procesu walcowania kul* NARZĘDZIA 182 CoroMill 176 innowacja we frezowaniu uzębień (ZMH ZAMEH; SANDVIK COROMANT). Zastosowanie frezu ślimakowego CoroMill 176 z płytkami o pełnym zarysie pozwoliło na czterokrotne skrócenie czasu obróbki kół zębatych w ZMH ZAMEH. 184 Rozwiercanie najszybszą obróbką? W wykonaniu Gühringa TAK! Wydajność, trwałość, jakość, koszty (GÜHRING). Unikatowa geometria rozwiertaków o prostych rowkach wiórowych HR500 o zakresie 2 75 mm umożliwia stosowanie ekstremalnie wysokich parametrów skrawania. 192 Narzędzia IQ o zwiększonej sztywności do precyzyjnego toczenia kształtowego Safe-T-Lock (ISCAR). Nowe płytki tokarskie rombowe 55 z ostrzem diamentowym i kątem przyłożenia 7 do oprawki wprowadzonej na rynek w ramach kampanii narzędziowej IQ. 194 Szybkie i tanie przezbrajanie obrabiarki przy produkcji małoseryjnej (SCHUNK). Chwytaki z trzpieniem narzędziowym lub przyłączem wrzecionowym SCHUNK do automatyzacji wymiany elementów obrabianych oraz system bazująco-mocujący VERO-S. 196 Stały rozwój rodziny frezów TURBO (SECO). Narzędzia przeznaczone do frezowania rowków i konturów, do zagłębiania pod kątem, frezowania wgłębnego, frezowania kieszeni oraz interpolacji śrubowej. 198 Nowe linie narzędzi frezarskich TaeguTec (TAEGUTEC). Linia Mill Rush poszerzona o trzyostrzową płytkę 3PKT o wielkości 06, linia głowic i frezów Chase2Feed wzbogacona o mniejsze płytki BLMP 0603R-M oraz narzędzia z rodziny Chase2Hepta z kątem przystawienia Nowe płytki serii 7000 do toczenia stali nierdzewnej (MITSUBISHI). Trzy płytki oraz trzy konstrukcje łamacza wióra do stosowania w zależności od rodzaju obróbki: do szybkościowej obróbki lekkiej, do obróbki średniej w szerokim zakresie zastosowań oraz do obróbki zgrubnej i przerywanej.

4 ZESPÓŁ REDAKCYJNY Redaktor naczelny Prof. dr hab. inż. Stanisław Adamczak dr h.c. Zastępca redaktora naczelnego Mgr inż. Krzysztof Janus Sekretarz redakcji Mgr Ewa Bednarska-Dziarnowska Redaktorzy Mgr inż. Irena Dziwiszek Mgr Monika Kaczmarek Mgr Ewa Michalska Mgr Anna Mularska WSPÓŁPRACA Prof. dr hab. inż. Piotr Cichosz narzędzia Prof. dr hab. inż. Marek Dobosz redaktor statystyczny Prof. dr hab. inż. Wit Grzesik obróbka skrawaniem Dr hab. inż. Maciej Heneczkowski przetwórstwo tworzyw sztucznych Prof. dr hab. inż. Jerzy Honczarenko automatyka i robotyka Prof. dr hab. inż. Jan Kosmol obrabiarki Prof. dr hab. inż. Edward Lisowski CAD/CAM, MES, informatyka Prof. dr hab. inż. Maciej Pietrzyk obróbka plastyczna Prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk metrologia techniczna Prof. dr hab. inż. Adam Ruszaj niekonwencjonalne metody obróbki Prof. dr hab. inż. Jan Sieniawski inżynieria materiałowa Prof. dr inż. Maciej Szafarczyk automatyzacja produkcji RADA PROGRAMOWA: Przewodniczący Prof. zw. dr hab. inż. Józef Gawlik Członkowie Prof. dr hab. inż. Edward Chlebus Dr hab. inż. Lucjan Dąbrowski, prof. PW Prof. dr hab. inż. Andrzej Gołąbczak Prof. dr hab. inż. Adam Hamrol Prof. dr hab. inż. Wojciech Kacalak Prof. dr hab. inż. Krzysztof Marchelek Prof. dr hab. inż. Tadeusz Niezgoda Prof. dr hab. inż. Jarosław Plichta Prof. dr inż. Włodzimierz Przybylski Mgr inż. Henryk Zawistowski Dr Maria Zybura-Skrabalak Prof. dr hab. inż. Jan Żurek ADRES REDAKCJI: Warszawa ul. Świętokrzyska 14A (wejście od ul. Świętokrzyskiej lub ul. Czackiego 3/5), V p. pok. 534 tel fax ADRES KORESPONDENCYJNY: MECHANIK, Warszawa 1 skr. poczt mechanik@mechanik.media.pl Miesięcznik notowany na liście czasopism naukowych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego (7 pkt.). Numer dotowany Pierwotną wersją miesięcznika Mechanik jest wersja drukowana. WARUNKI PRENUMERATY NA OSTATNIEJ STRONIE * Artykuły recenzowane Artykuły z nazwą firmy (w nawiasie) promocyjne 202 Zespolone narzędzia z listwami prowadzącymi do obróbki skrzyń przekładniowych (MAPAL). Przykład indywidualnego i ekonomicznego rozwiązania firmy Mapal do obróbki wykończeniowej bardzo dokładnych otworów mm o współosiowości 20 μm. 203 Ekonomiczne frezowanie z 4 krawędziami skrawającymi (PRAMET). Niezwykle uniwersalne frezy o kącie przystawienia 90 z dwustronnymi płytkami LNGX 12 i LNGU 16. METROLOGIA TECHNICZNA 204 W. Stachurski, S. Midera: Wyznaczanie zależności matematycznej do obliczeń i analizy chropowatości powstałej w procesie toczenia* 211 O-INSPECT 322 kompaktowa multisensorowa maszyna pomiarowa (ZEISS). Precyzyjne skanowanie dotykowe z małymi naciskami do 1 mn gwarantuje niezawodne wyniki pomiarów w szerokim zakresie temperatury. 212 R. Chudy: Wpływ metody oraz warunków obróbki strumieniowo- -ściernej na chropowatość powierzchni pod powłoki ochronne* 217 Optyczne systemy pomiarowe OGP. Od projektorów profili do multisensorycznych maszyn pomiarowych. Cz. 2 (OBERON 3D). Przegląd bezstykowych i stykowych sond stosowanych w maszynach pomiarowych firmy OGP. PRZETWÓRSTWO TWORZYW SZTUCZNYCH 218 J. Szczerba: Techniki wspomagania projektowania wyrobów z tworzyw sztucznych* NAPĘDY I STEROWANIE 225 Nowości firmy Igus (IGUS). Nowe produkty zapewniające bezpieczeństwo w pojazdach szynowych prezentowane na InnoTrans 2012; 25 lat szczelnych, otwieranych prowadników firmy Igus. CAD/CAM 227 Indywidualne rozwiązania produkcyjne (DELCAM). Opis systemu CAM Delcam PowerMILL: jego szablonów, pasków narzędzi, makr oraz wtyczek. 228 hypermill 2013 z hypercad-s (EVATRONIX). Opis zalet nowej platformy CAD hypercad-s, a także przykładowych nowych funkcji w cyklach toczenia w hypermill System Plan-de-CAMpagne system do zarządzania i planowania produkcji (DATACOMP). Nowoczesny system do kompleksowego zarządzania przedsiębiorstwem z ukierunkowaniem na zarządzanie i planowanie produkcji. 232 Inżynieria odwrotna łatwa metoda tworzenia trójwymiarowych modeli CAD (SMART SOLUTIONS). Przedstawienie procesu inżynierii odwrotnej na przykładzie kolejnych etapów odwzorowania części przy użyciu programu Rapidform XOR. 234 Zależność przebiegu procesu skrawania od metody generowania ścieżki narzędzia CAM z ZW3D CAD/CAM (ZW3D). Przeprowadzono analizę wpływu strategii obróbki na przebieg procesu skrawania. 236 CAxInnovation Prezentacja nowoczesnych narzędzi i technologii w Muzeum Techniki w Warszawie 239 CAD/CAM dla mechaników Z DZIAŁALNOŚCI CIRP 200 Czujniki tensometryczne kształtowane laserem* M. Szafarczyk NOWOŚCI WYDAWNICZE 238 J. Bonet, A.J. Gil, R.D. Wood: Worked examples in Nonlinear Continuum Mechanics for Finite Element Analysis J. Małachowski 238 E. Hecht: Optyka 238 W. Balicki, R. Chachurski, P. Głowacki, J. Godzimirski, K. Kawalec, A. Kozakiewicz, Z. Pągowski, A. Rowiński, J. Szczeciński, S. Szczeciński: Lotnicze silniki turbinowe. Konstrukcja eksploatacja diagnostyka WYDARZENIA 216 Drzwi Otwarte DMG / MORI SEIKI we Pfronten 2013 M. Kaczmarek 226 Apèro seminaria firmy Bystronic I. Dziwiszek

5 ZMIANA TERMINU TARGÓW LASEREXPO W SOSNOWCU Planowany na 5 6 marca 2013 r. termin targów LASERexpo został przesunięty na 5 6 listopada 2013 r. Targi te będą się odbywać jednocześnie z targami Foundry EXPO, Scrap EXPO, SteelMET, SURFPROTECT oraz TEZ Expo. Pozostałe targi jesienne w Sosnowcu (HAPexpo, OILexpo ROBOTshow oraz RubPlast EXPO) również odbywać się będą w terminie innym, niż zaplanowany wcześniej, a mianowicie w dniach listopada 2013 r. SZKOŁA NAUKOWA OBRÓBEK EROZYJNYCH (SNOE) NA WYDZIALE INŻYNIERII PRODUKCJI POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ Od 1977 r. cyklicznie i mniej więcej co dwa miesiące, odbywają się spotkania specjalistów z ośrodków badawczych i szkół wyższych w zakresie obróbek erozyjnych w ramach Szkoły Naukowej Obróbek Erozyjnych (SNOE). Celem SNOE jest podnoszenie poziomu wiedzy oraz integracja specjalistów poprzez wykłady z teorii i praktyki obróbki erozyjnej. Referaty i dyskusje dotyczą prac badawczych (w szczególności prowadzonych w ramach grantów) oraz prac doktorskich i habilitacyjnych z zakresu obróbek: elektroerozyjnych (EDM), elektrochemicznych (ECM), laserowych (LBM), hybrydowych i innych. Sympozja odbywają się na Wydziale Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej pod patronatem Sekcji Podstaw Technologii Komitetu Budowy Maszyn PAN. Po cyklu spotkań wydawany jest zeszyt naukowy zawierający prezentowane treści. Najbliższe spotkanie, którego tematyką będą obróbki laserowe, planowane jest na 9 kwietnia 2013 r. OSIEMNASTY KONKURS O NAGRODĘ SIEMENSA Trwa osiemnasta już edycja konkursu o Nagrodę Siemensa adresowanego do naukowców oraz studentów polskich uczelni technicznych i instytutów naukowo-badawczych. Nagroda ta została ustanowiona na mocy porozumienia podpisanego z Politechniką Warszawską, pełniącą rolę koordynatora tego projektu. Ma ona służyć promowaniu wybitnych osiągnięć w technice i badaniach naukowych prowadzonych przez pracowników polskich instytucji akademickich i pozaakademickich. Projekty dotyczą obszarów działalności firmy Siemens, a przede wszystkim: elektrotechniki, energetyki, elektroniki, informatyki, automatyki, transportu szynowego, inżynierii biomedycznej, a także zaawansowanych technologii inżynierii środowiska. Termin zgłoszenia prac w kategorii projektów naukowo-badawczych upływa 31 marca 2013 r. Do konkursu mogą przystąpić także absolwenci studiów automatyki. Celem konkursu jest promowanie najlepszych magisterskich lub inżynierskich prac dyplomowych z dziedziny automatyki i robotyki, wykorzystujących wiedzę o urządzeniach i systemach z obszarów aktywności firmy Siemens. Termin zgłoszenia prac w tej kategorii upływa 30 kwietnia 2013 r. Szczegóły dotyczące zasad zgłaszania, formularze i regulamin konkursu można znaleźć na stronach Politechniki Warszawskiej i firmy Siemens: Konkurs dla naukowców: Konkurs dla studentów: konkurs XVII MIĘDZYNARODOWA SZKOŁA KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA, WYTWARZANIA I EKSPLOATACJI SZCZYRK MAJA 2013 r. Organizatorem Szkoły Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji jest Wydział Mechatroniki i Lotnictwa Wojskowej Akademii Technicznej. Uczestnikami Szkoły są przedstawiciele nauki, przemysłu oraz firm wdrażających systemy komputerowego wspomagania i zaproszeni goście. Szkoła odbywa się raz w roku, w pierwszych dniach maja. Ma charakter ogólny i jest skierowana do użytkowników we wszystkich branżach, w których zastosowano komputerowe wspomaganie prac. Celem organizatorów nie jest konkurowanie z tematycznymi konferencjami komputerowego wspomagania projektowania i wytwarzania. Program Szkoły adresowany jest przede wszystkim do: użytkowników systemów komputerowych w biurach, zakładach i przedsiębiorstwach przemysłowych; twórców metod i procedur komputerowego wspomagania; producentów sprzętu i autorów oprogramowania. Nad zapewnieniem odpowiednio wysokiego poziomu Szkoły czuwa Komitet Naukowy, który nadzoruje merytoryczne ukierunkowanie Szkoły oraz odpowiada za przygotowanie wykładów i recenzji. Organizator przewiduje tworzenie doradczego zespołu do spraw współpracy z przemysłem, którego skład osobowy jest ustalany corocznie po pierwszych zgłoszeniach od przedsiębiorstw przemysłowych. W ramach Szkoły i pod jej egidą organizowane są seminaria, konferencje i sympozja towarzyszące lub samodzielne. Więcej informacji: konferencje-wmt1/skwpwie KONFERENCJA POŁĄCZENIA MONTAŻOWE PM-2013 KONSTRUKCJE I TECHNOLOGIE RZESZÓW HOCZEW III Konferencja Naukowo-Techniczna POŁĄCZENIA MONTAŻOWE. Konstrukcje i Technologie PM 2013 odbywać się będzie w dn maja 2013 r. w Ośrodku Szkoleniowo-Wypoczynkowym Salamandra w Hoczwi w Bieszczadach. Tematyka Konferencji: połączenia rozłączne i nierozłączne budowa i właściwości; technologiczność połączeń dla systemów automatycznego montażu; cechy użytkowo-eksploatacyjne połączeń i ich doskonalenie; procesy technologiczne wykonywania połączeń; automatyzacja procesów projektowania i wytwarzania połączeń montażowych; badania i ocena właściwości użytkowych połączeń montażowych;

6 połączenia specjalne i nowe obliczanie konstrukcji i technologii; ekonomiczne aspekty wytwarzania i stosowania połączeń montażowych. Patronat nad Konferencją objęło Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich. Organizatorami Konferencji są: Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej oraz Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego w Warszawie. ORLEN OIL SOLIDNĄ FIRMĄ 2012 Eksperci, konsumenci i partnerzy gospodarczy przyznali ORLEN OIL tytuł SOLIDNEJ FIRMY 2012 za regulowanie wszelkich zobowiązań w terminie, poszanowanie ekologii i praw konsumenta. Nagrody wręczono podczas Finału Regionalnego Programu Gospodarczo-Konsumenckiego Solidna Firma, który odbył się 7 lutego 2013 r. w Krakowie w Centrum Wystawowo-Konferencyjnym Zamku Królewskiego na Wawelu. Prestiżowy certyfikat w imieniu firmy odebrał Dawid Niedojadło Kierownik Działu Marketingu Operacyjnego, który podkreślił wartość przyznanej nagrody, jako potwierdzenia rzetelnej pracy we wszystkich kluczowych obszarach działalności spółki. Wyróżnienie Solidna Firma dla ORLEN OIL jest potwierdzeniem systematycznego doskonalenia procesów technologicznych, mających na względzie ochronę środowiska. Program Solidna Firma, pod patronatem Przedstawicielstwa Komisji Europejskiej, od 2002 r. wspiera i rekomenduje rzetelne firmy, tworząc jednocześnie bazę godnych zaufania i najlepszych przedsiębiorstw. Solidna Firma jest najlepiej promowanym przedsięwzięciem tego typu w Polsce. W dotychczasowych edycjach wręczono łącznie ponad 2200 certyfikatów. SZKOŁA OBRÓBKI SKRAWANIEM INTERAKCJA PROCES OBRABIARKA W MIERZĘCINIE W dniach września 2013 odbędzie się kolejna edycja organizowanej przez Politechnikę Poznańską konferencji naukowej w ramach Szkoły Obróbki Skrawaniem, której tematem wiodącym będzie INTERAKCJA PRO- CES OBRABIARKA. Na konferencji oprócz prezentacji referatów prowadzona będzie dyskusja panelowa nad zagadnieniami zaproponowanymi przez uczestników. Zakres tematyczny konferencji to: obróbka skrawaniem narzędziami o zdefiniowanej geometrii, nowoczesne materiały narzędziowe, narzędzia, oprzyrządowanie i obrabiarki, modelowanie procesów obróbki, obróbka ścierna, trendy rozwojowe w obróbce skrawaniem Zgłoszenie uczestnictwa do r. Przesłanie pełnego tekstu referatu do r. Referaty zamawiane oraz wybrane będą wygłaszane na sesjach plenarnych, pozostałe prezentowane w ramach sesji plakatowej. Wszystkie referaty, przyjęte przez Komitet Naukowy, będą wydane jako kolejna książka z serii: OBRÓBKA SKRAWANIEM. Więcej informacji: XXXVI NAUKOWA SZKOŁA OBRÓBKI ŚCIERNEJ W BARANOWIE SANDOMIERSKIM W dn września 2013 r. w Baranowie Sandomierskim odbędzie się XXXVI Naukowa Szkoła Obróbki Ściernej. Zakres tematyki Szkoły: materiały i narzędzia ścierne, ich wytwarzanie, eksploatacja i badania, metody regeneracji narzędzi ściernych, badanie procesów obróbki ściernej, obróbka wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną, niekonwencjonalne procesy obróbki ściernej, warstwa wierzchnia przedmiotów po obróbkach ściernych, jej konstytuowanie, badania, charakterystyka, obrabiarki do obróbki ściernej, układy nadzorowania i sterowania, kierunki rozwoju obróbki ściernej. Komitet Organizacyjny Szkoły zaprasza wszystkich zainteresowanych do udziału. Nadesłane prace będą recenzowane i wydane w formie monografii naukowej, a także w postaci elektronicznej w miesięczniku Mechanik. Przewiduje się liczny udział przedstawicieli przemysłu, w tym producentów narzędzi i oprzyrządowania. Organizator: Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji Politechniki Rzeszowskiej. Więcej informacji: tel , fax ; nsos36@prz.edu.pl SALON TECHNOLOGII CAX W KRAKOWIE Salon Technologii CAx będzie odbywał się w dn października 2013 r. w Krakowie. Podobnie, jak w ubiegłym roku, będzie on towarzyszył Międzynarodowym Targom Obrabiarek, Narzędzi i Urządzeń do Obróbki Materiałów EUROTOOL. Podczas imprezy prezentowane będą systemy i urządzenia wspierające specjalistów na każdym etapie produkcji: od koncepcji i projektowania, przez symulacje i prototypowanie, do wytwarzania i zarządzania produkcją. Pierwsza edycja Salonu cieszyła się dużym zainteresowaniem zwiedzających. Blisko 6000 inżynierów i specjalistów z Polski oraz zagranicy, na kilkudziesięciu stoiskach firm z branży CAx, mogło zapoznać się z technologiami druku przestrzennego, najnowszymi wersjami oprogramowań inżynierskich czy wspierających procesy produkcyjne. Dodatkową atrakcją była możliwość darmowego przetworzenia dowolnego obiektu, w tym własnej twarzy, w cyfrowy model na jednym ze stoisk prezentujących skanery 3D. Ważnym elementem Salonu jest Strefa Wiedzy, w której prezentowane są najnowsze trendy w synergicznym podejściu do problemów inżynierskich, jak i związanych z zarządzaniem produkcją w zakładach przemysłowych. To właśnie w ramach Strefy odbyło się XI Forum Inżynierskie, organizowane przez Stowarzyszenie ProCAx, na którym prezentowano osiągnięcia i koncepcje związane z wykorzystaniem najnowszych technologii w przemyśle. Więcej informacji: eurotool@targi.krakow.pl tel

7 MIESIĘCZNIK NAUKOWO-TECHNICZNY ORGAN STOWARZYSZENIA INŻYNIERÓW I TECHNIKÓW MECHANIKÓW POLSKICH ROK LXXXVI Podstawy projektowania i optymalizacji ekologicznych procesów obróbki skrawaniem Fundamentals of design and optimization of ecological machining processes WIT GRZESIK * Obecny stan obróbki skrawaniem na tle strategii zrównoważonego wytwarzania (ZW). Koncepcje w zakresie oszczędzania energii w obrabiarkach i procesach technologicznych obróbki. Uwzględnienie czynnika energochłonności i emisji CO 2 w fazie projektowania i optymalizacji procesu obróbki. Możliwości doskonalenia i optymalizacji procesów technologicznych przez modelowanie numeryczne MES. Praktyczne rozwiązania i efekty uzyskane z tytułu dostosowania procesów technologicznych obróbki do wymagań zrównoważonego wytwarzania. SŁOWA KLUCZOWE: ekologiczne wytwarzanie, obróbka skrawaniem, energia skrawania, wydajność skrawania, ekoefektywność Current state of machining technology in terms of sustainable manufacturing. Conceptions of the energy reduction in machine tools and machining processes including cutting and grinding operations. Consideration of the energy consumption and CO 2 emission in the process design and optimization. Possibilities and practical effects resulting from numerical modeling of the machining process. Case studies and results obtained when using eco-efficiency strategy. KEYWORDS: green manufacturing, machining, cutting energy, material removal rate, ecoefficiency Ponieważ wytwarzanie jest niezwykle rozległym obszarem działalności przemysłowej, to hierarchiczna analiza efektywności energetycznej jest obecnie możliwa jedynie na poziomie teoretycznym, w odniesieniu do procesu i częściowo systemu wytwórczego. Z drugiej strony, analiza zużycia energii w indywidualnych procesach wytwórczych wydaje się być, przynajmniej obecnie, kluczem do tworzenia bilansu energetycznego dla całego okresu życia wyrobu. Szczególnie istotne jest zmniejszenie energii włożonej w wytwarzanie skomplikowanych części, np. turbin lotniczych czy elementów biomedycznych, ponieważ stosuje się wówczas wiele różnych procesów obróbki ubytkowej. Rys. 1. Źródła emisji CO 2 [5] Emisja CO2 Wzrastające wymagania w zakresie poszanowania naturalnych źródeł surowców wpływają w dużym stopniu na ograniczenie ich dostępności, a w następstwie na wzrost kosztów surowców i wytwarzanej z nich energii. Wymusza to poszanowanie energii i źródeł surowców w polityce gospodarczej i biznesie. Co więcej, energochłonność wytwarzania wyrobów stała się ważnym kryterium wyboru dla konsumentów. Przewiduje się, że w kolejnych latach efektywność energetyczna będzie odgrywać ważną rolę w konkurencyjności na rynku [1]. Wprowadza się pojęcia efektywnego/oszczędnego wytwarzania w sensie energetycznym i surowcowym (energy and resource efficient manufacturing) [2]. Szczególnie istotna jest efektywność energetyczna i surowcowa przemysłu wytwórczego, ponieważ jest to jeden z sektorów, który zużywa najwięcej energii. Obecnie energia zużywana przez wszystkie gałęzie przemysłu wytwórczego stanowi 30% globalnego zużycia energii, przy 36% udziale w emisji CO 2 [3] (rys. 1). W odniesieniu do całego przemysłu udziały te są szacowane odpowiednio na poziomie 90% i 84% [2]. Według danych IEA (International Energy Agency) w Polsce w 2009 r. na 286,8 mln t emisji CO 2, 74 mln t pochodziło z przemysłu wytwórczego i budowlanego [4]. * Prof. dr hab. inż. Wit Grzesik (w.grzesik@po.opole.pl) kierownik Katedry Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji na Wydziale Mechanicznym Politechniki Opolskiej Ze względu na zużycie energii w sektorze wytwórczym, powstają programy, które mają na celu wytwarzanie produktów z maksymalnym zyskiem, przy minimalnym zużyciu energii/oddziaływaniu na środowisko naturalne. Ten trend nazwano zrównoważonym wytwarzaniem (sustainable manufacturing) [6]. Obecnie zwiększenie wskaźnika zrównoważoności procesów wytwórczych jest jeszcze dla wielu zakładów zadaniem ponad siły, zarówno w aspekcie strategicznym i taktycznym, jak i ekonomicznym. Jednakże coraz częściej zagadnienia ujęte w strategii zrównoważonego wytwarzania są uwzględniane w optymalizacji procesów technologicznych. Przyczyną, dla której zrównoważenie stało się głównym czynnikiem rozwoju technologii wytwórczych, jest fakt obowiązywania globalnych zasad bezpieczeństwa ekologicznego i wymogu stosowania czystych technologii (green manufacturing). Zmniejszenie energochłonności obrabiarek Jest to bardzo ważny a może nawet zasadniczy kierunek, ponieważ oszczędności energii (rys. 2 i 4) dotyczą wszystkich układów: napędowych, sterowania i użytkowania (chłodzenia, dostarczania cieczy chłodząco-smarującej CCS, sprężania powietrza) [7, 8]. Oszczędności energii

8 154 MECHANIK NR 3/2013 Wzrost wielkości produkcji Rys. 2. Rozkład zużycia energii w obróbce skrawaniem wg Toyota Motor Corporation [10] należy poszukiwać na trzech etapach życia obrabiarki: projektowania, wytwarzania i eksploatacji. Rangę problemu uzmysławia fakt, że średnia roczna emisja CO 2 z pracy przeciętnej obrabiarki odpowiada użytkowaniu 10 samochodów [8]. Obniżając zużycie energii przez układy obrabiarki można w znacznym stopniu poprawić oddziaływanie na środowisko procesów wytwórczych [9]. Według danych firmy motoryzacyjnej Toyota Motor Corporation (rys. 2) udział poszczególnych układów obrabiarki w całkowitym zużyciu energii szacowany jest na 85,2%. Natomiast energia zużywana bezpośrednio w procesie skrawania jest zależna od wielkości produkcji i dochodzi do 14,8%. Fakt, że zużycie energii w procesie skrawania prowadzonego na nowoczesnych obrabiarkach automatycznych nie przekracza 15% całkowitego zużycia energii, potwierdzają liczne badania [2, 9]. Zgodnie z profilem poboru mocy w procesie toczenia (rys. 3) można wydzielić cztery grupy (zakresy) całkowitej mocy: Moc efektywna, kw Rys. 3. Profil poboru mocy w procesie toczenia [2] Czas (0,1 s) Rys. 4. Rozkład średniej energii zużywanej w obróbce skrawaniem (a) i EDM (b) dla 1 h obróbki zgrubnej [2] moc stała wymagana do wprowadzenia wszystkich elementów obrabiarki w stan operacyjnej gotowości, moc operacyjna niezbędna do przemieszczania elementów obrabiarki w trakcie ruchów ustawczych bez kontaktu narzędzia z obrabianym przedmiotem, tj. w trakcie skrawania powietrza, moc skrawania niezbędna do usuwania naddatku przez ostrze narzędzia, moc tracona na pokonanie oporów ruchu (nieproduktywna), głównie tarcia, która jest przetwarzana na ciepło. Rozkład mocy stałej na poszczególne układy funkcjonalne obrabiarki skrawającej przedstawia rys. 4a. Jest rzeczą oczywistą, że w nowoczesnych obrabiarkach zmniejszenia zużycia energii elektrycznej (jako podstawowego źródła energii) należy poszukiwać w zmniejszeniu energii skrawania i energii do napędu urządzeń pomocniczych (peryferyjnych), utrzymując przy tym jak najkrótszy czas cykli obróbkowych [11]. Zużycie energii można zmniejszyć w prosty sposób przez wyłączanie niepotrzebnych urządzeń w czasie ustawień narzędzi i/lub ograniczając czas oczekiwań pomiędzy ustawieniami (tzw. czas od wióra do wióra chip-to-chip time). Przykładowo, rozkład mocy będzie inny w obróbce EDM, a inny przy obróbce wspomaganej laserem. W pierwszym przypadku (rys. 4b) oddziaływanie na środowisko będzie spowodowane głównie znacznym zużyciem energii elektrycznej (40,5%) oraz produkcją i utylizacją cieczy dielektrycznej (43,4%). W przypadku użycia lasera CO 2, dodatkowym czynnikiem oddziaływania na środowisko oprócz energii (ponad 80%) są gazy: azot i tlen oraz odpady. W literaturze podano liczne przykłady źródeł oszczędności energii zużywanej przez obrabiarki. Wprowadza się m.in. oszczędniejsze układy smarowania smarem stałym i powietrzno-olejowe, kable o mniejszym przekroju, oszczędniejsze monitory i energooszczędne układy sterowania. Poprzez zastosowanie tzw. funkcji usypiania obrabiarki (Standby) można do minimum ograniczyć pracę silników napędowych i urządzeń pomocniczych, takich jak chłodnice czy transportery wiórów. Honczarenko [8] podaje kilka ważnych wymagań stawianych ekologicznym obrabiarkom, które pozwalają zmniejszyć ich uciążliwe oddziaływania na środowisko. Do wymienionych wcześniej, związanych bezpośrednio ze zużyciem energii, dochodzi szkodliwe oddziaływanie mediów smarujących i chłodzących, aerozoli i pyłów (szczególnie w obróbce materiałów kompozytowych typu CFRP stosowanych w lotnictwie) oraz wytwarzanego hałasu. Zaawansowane są prace nad układami odzysku energii, podobnymi do układów KERS (Kinetic Energy Recovery System) stosowanych w samochodach, z urządzeń chłodzących [2]. W przypadku zastosowania układu KERS w obrabiarce HSM można zmniejszyć zużycie energii nawet do 25%, zależnie od konfiguracji obrabianego przedmiotu i czasu obróbki [12]. Szczegółowe efekty zastosowania systemu KERS we frezowaniu HSM zostaną omówione w dalszej części artykułu. Inną drogą poprawy efektywności energetycznej i surowcowej procesów wytwórczych jest odzysk odpadów i strat ciepła w przestrzeni obrabiarki. Jednym z przykładów może być odzyskiwanie ciepła z agregatu chłodzącego lasera przez silnik Sterlinga, który napędza sprężarkę powietrza. Specjalny filtr wydziela azot i/lub

9

10 156 MECHANIK NR 3/2013 tlen ze sprężonego powietrza, a następnie wykorzystuje je jako gazy asystujące w procesie. Aby ponownie wykorzystać odpady, np. niespieczony proszek w procesie SLS, można zastosować kontrolę jakości dostarczanych składników i oszczędzać świeży proszek. Modelowanie i optymalizacja energooszczędnych procesów technologicznych Istotę modelowania zużycia energii w procesie skrawania przedstawia rys. 5. Końcowy wynik czystego wytwarzania (green manufacturing) jest efektem łącznego modelowania fizycznych działań obrabiarki i matematycznego modelowania zużycia energii przez występujące w niej układy. Projektowanie nowych procesów / systemów Rys. 5. Schemat modelowania zużycia energii w procesie skrawania (a) i strategie osiągnięcia czystego wytwarzania (b) [12] Przyjęto, że zużycie, a następnie zmniejszenie energii skrawania, rozpatruje się w kontekście wydatku energii właściwej w procesie jednostkowym [13, 14], czyli odnosi się do poziomu 1 na rys. 2. Wynika to z faktu, że zużycie energii elektrycznej w procesie wytwarzania jest odwrotnie proporcjonalne do wydajności procesu. Modelowanie zużycia energii w procesie obróbki ubytkowej można oprzeć na ogólnej zależności (1), która wiąże energię właściwą skrawania e c z objętościową wydajnością skrawania Q v (SCE specific cutting energy i MRR machining removal rate). (1) C o i C 1 są współczynnikami wyznaczanymi dla danego modelu obrabiarki. Dla centrum frezarskiego CNC Mori Seiki NVD1500 C o =1,475 i C 1 = 1,556 [15]. Ogólną postać funkcji opisanej równaniem (1) przedstawia rys. 6, natomiast w tablicy zestawiono równania regresji dla funkcji e c = f(q v ) wyznaczone w skrawaniu na sucho dla różnych tokarek i frezarek. Jest to równanie hiperboli, podobnie jak zależność oporu właściwego skrawania od grubości warstwy skrawanej k c =f(h) [14]. Z rys. 6a wynika, że model funkcji e c =f(q v ) jest uniwersalny, jednakże zależnie od skali procesu możliwe są przesunięcia wzdłuż osi współrzędnych. Energiawłaściwaskrawania Interesującym i ważnym w praktyce skrawania problemem jest oszczędność energii dla różnych sposobów obróbki: wiercenia, frezowania czołowego i walcowo-czołowego, czy nawet wiercenia głębokich otworów które są typowymi operacjami na wieloosiowych centrach obróbkowych [11]. W zasadzie dobór warunków obróbki (v c, f z, a p, a e ) oparto na poborze mocy, ale za dodatkowe kryteria optymalizacji warunków obróbki przyjęto wyeliminowanie zużycia katastroficznego i niepożądanych drgań obróbkowych. Przyjęto następujący model zużycia mocy skrawania [11]: Analiza stosowanych procesów Energia właściwa skrawania, J/mm 3 Objętościowa wydajność skrawania Objętościowa wydajność skrawania, mm 3 /s Rys. 6. Modele energii właściwej w funkcji skali (a) [16] i model empiryczny dla centrum obróbkowego Mori Seiki NVD1500 (b) [15] TABLICA. Modele jednostkowego zużycia energii w toczeniu i frezowaniu [13] Sposób obróbki Obrabiarka Model e c = f(q v ) Wsp. R *Moc P o Toczenie Colchester Tornado A50 e c = 1, ,191/Q v 0,993 1,16 Mori Seiki NL2000MC/500 e c = 3, ,445/Q v 0,927 1,58 IKEGAI AX 20 e c = 2, ,415/Q v 0,981 1,77 Mori Seiki SL-15 e c = 2, ,273/Q v 0,940 1,48 Nakamura TMC-15 e c = 3, ,349/Q v 0,929 1,54 Frezowanie Fadal VMC 4020 e c = 2, ,330/Q v 0,971 0,74 Mori Seiki Dura Vertical 5100 e c = 2, ,344/Q v 0,947 1,02 DMU 60P e c = 2, ,863/Q v 0,997 5,45 e c kj/cm 3 i Q v cm 3 /s; *P O (kw) jest stałym składnikiem zużywanej mocy, gdy obrabiarka jest w stanie czuwania (2) gdzie: P 1 (kw) stały składnik mocy, niezależny od stanu ruchu; T 1 (h) czas cyklu bez skrawania; T 2 (h) czas cyklu podczas skrawania; P 2 (kw) składnik mocy zużywanej w skrawaniu przez wrzeciono i serwonapędy, która zmienia się wraz z warunkami obróbki; P 3 (kw) moc zużywana na pozycjonowanie przedmiotu (stołu) i przyspieszanie, bądź opóźnianie, wrzeciona do wymaganej prędkości; T 3 (h) czas wymagany do pozycjonowania stołu, bądź zmiany prędkości obrotowej wrzeciona. Do oceny poboru mocy wykorzystano funkcję określającą stosunek mocy P do objętościowej wydajności skrawania, tj. y = P/Q v wyrażoną w Wh/cm 3. W badaniach doświadczalnych stosowano planowanie eksperymentu

11 24/7 Produkcja bezzałogowa części na okrągło. System laserowy ByAutonom firmy Bystronic umożliwia to nawet, jeżeli trzeba zmieniać materiał. Ustawienie ogniskowej, centrowanie dysz, wykrywanie kolizji i ich korekta odbywa się w sposób automatyczny. Laser Bending Waterjet bystronic.com T F info.pl@bystronic.com Bystronic aplikacja iphone + Android

12 158 MECHANIK NR 3/2013 czynnego metodą Taguchi, stosując ortogonalną macierz planowania L9 (z trzema poziomami wartości czynników zmiennych). Moc całkowitą i moc na wrzecionie pionowego centrum obróbkowego (P s = 18,5 kw, n w = obr/min, f maks. = 42 m/min, przyspieszenie napędu posuwu 0,43/0,39/0,74g) mierzono przez podłączenie amperomierza do głównego kabla zasilającego. Obrabiano stal S45C stosując następujące narzędzia: wiertło o średnicy 10 mm z kątem 2κ r = 135 i λ s =30 pokryte wielowarstwowo powłoką TiAlCr+TiSi, frez palcowy o średnicy 10 mm z HW z dwoma rowkami wiórowymi, z nałożoną powłoką TiAlCr + TiSi, frez czołowy o średnicy 80 mm z płytkami HW z nałożoną powłoką TiAlN+AlCrN. Wyniki przeprowadzonej analizy czynnikowej przedstawiono na rys. 7. Można z nich łatwo wywnioskować, że obróbka z najwyższymi wartościami parametrów skrawania przyczyni się najbardziej do zmniejszenia czasu cyklu obróbkowego i zmniejszenia energochłonności procesu. Jeśli w tej analizie uwzględni się kryterium zużycia przyspieszonego i stabilność obróbki, to po odpowiednim dopasowaniu parametrów uzyskuje się: 5% spadek zużycia energii (2,2 Wh/cm 3 lub 2,1 Wh//cm 3 ) i 25% wzrost wydajności (63,0 cm 3 /min lub 78,8 cm 3 /min) w wierceniu, gdy v c = 90 m/min i f t = 0,35 mm/obr, Wsp. S/N (db) a) b) c) Wsp. S/N (db) Rys. 7. Graficzne przedstawienie analizy energochłonności procesu wiercenia (a), frezowania walcowo-czołowego (b) i czołowego (c) [11] 66% spadek zużycia energii (18,7 Wh/cm 3 lub 6,3 Wh/cm 3 )i333% wzrost wydajności (4,3 cm 3 /min lub 18,6 cm 3 /min) we frezowaniu walcowo-czołowym, gdy v c =90 m/ /min, f z = 0,1 mm/ostrze, a p =15 mm, a e =0,5 mm, 45% spadek zużycia energii (2,0 Wh/cm 3 lub 1,1 Wh/cm 3 ) i 181% wzrost wydajności (38,2 cm 3 /min lub 107,4 cm 3 /min) we frezowaniu czołowym, gdy v c = 250 m/min, f z = 0,3 mm/ostrze, a p =1,5 mm, a e = 60 mm. Kolejnym praktycznym przykładem jest modelowanie zużycia energii w przypadku złożonych części, których obróbka związana jest ze zmianą wydajności Q v wzdłuż toru ruchu narzędzia [15]. W takich przypadkach można zastosować podział rozkładu wydajności skrawania na N sekcji ( ) każda w przedziale czasu Δt, o w przybliżeniu stałej wartości Q vi, w których można stosować równanie (1). Badania Wsp. S/N (db) Efektywność Prędkość obrotowa, obr/min 10 4 przeprowadzono na pionowym centrum CNC Mori Seiki o charakterystyce energetycznej (rys. 6). Wówczas energia konieczna do wykonania części wyniesie: Na rys. 8 przedstawiono geometrię części z zaznaczonymi fragmentami zarysu 1 9 oraz prognozowane zużycie energii dla każdej z nich (błąd prognozy wyniósł 2,6%). Efektywność systemu KERS sprawdzano na pionowym centrum obróbkowym Mori Seiki NV1500DCG, przeprowadzając frezowanie rowków w częściach ze stali AISI 1030 za pomocą monolitycznych frezów palcowych o średnicy 8 mm [12]. Spośród kilku wariantów pracy obrabiarki, dla których byłby możliwy odzysk energii, wytypowano przypadek szybkiego zmniejszania obrotów wrzeciona (spindle decelaration) do stanu stacjonarnego. System odzysku energii zamodelowano tak, że była ona gromadzona w zespole 400 superkondensatorów, każdy o pojemności 350 F. Porównanie wyników pomiaru mocy z wynikami symulacji, w których uwzględniono odzysk energii przez system KERS, przedstawiono na rys. 9. Na rys. 9a widać, że efektywność odzysku energii dla większości prędkości obrotowych wrzeciona dochodzi do 74%. Z kolei na rys. 9b udokumentowano szczególną przydatność systemu KERS w fazie szybkiego zmniejszania prędkości obrotowej wrzeciona. Np. ustalono, że zależnie od geometrii obrabianego przedmiotu i czasu obróbki możliwa jest oszczędność energii w zakresie 5 25%. W prostych operacjach frezowania rowków o szerokości 5, 4 i 2,5 mm w czasie 2 min uzyskano oszczędność energii 20,41%, czyli 49,6 kj na każdą część. Moc, W Energia, kj Elementy zarysu Rys. 8. Geometria części wykorzystanej do modelowania zużycia energii (a) i prognoza zużycia energii dla każdego elementu zarysu 1 9 (b) [15] Rys. 9. Efektywność odzysku energii (a) i wykres rozkładu zapotrzebowania mocy (b) dla centrum obróbkowego NV1500DCG bez i z zainstalowanym systemem KERS [12] (3)

13 5

14 160 MECHANIK NR 3/2013 Proponowane rozwiązanie gromadzenia energii z systemu KERS dla maksymalnej prędkości obrotowej wrzeciona obr/min nie jest obecnie efektywne z uwagi na cenę energii oraz koszt superkondensatorów [12]. Dobór warunków obróbki na podstawie minimalnego zużycia energii Jeśli uwzględni się wcześniejsze rozważania dotyczące podziału całkowitej mocy (P ct ) na część stałą (P cc ) i zmienną (P cv ), wymaganą do przeprowadzenia procesu skrawania, to odpowiednie wyrażenia dla energii (mocy) właściwej można zapisać jako: Efektywność procesu, % Prędkość skrawania, m/min (3.1) (3.2) (3.3) Wyniki zmian energii całkowitej e ct i jej składowych e cc i e cv, wyznaczone dla zmiennej prędkości skrawania w toczeniu na sucho stali 11SMnPb30 na centrum tokarskim Mori Seiki NL2000Y/500, przedstawiono na rys. 10. Z rys. 10a wynika jednoznacznie, że energia właściwa zmniejsza się wówczas, gdy toczenie prowadzi się z większym posuwem i większą głębokością skrawania. Rys. 11. Efektywność toczenia stali 11SMnPb30 na centrum tokarskim Mori Seiki NL2000Y/500, f = 0,1 mm/obr, a p = 1 mm [17] przed ostatecznym wyborem należy uwzględnić trwałość ostrza i/lub jakość powierzchni. Koncepcja optymalizacji parametrów skrawania, która w kryterium trwałości ostrza uwzględnia równocześnie warunek minimum energii, została opracowana dla jednozabiegowej operacji toczenia [18, 19]. Zużycie energii (energy footprint) w takim przypadku zapisuje się następująco: gdzie: P o (W) moc zużywana przez układy/moduły obrabiarki, t 1 (s) czas ustawienia, e c (Ws/mm 3 ) energia właściwa skrawania, Q v (mm 3 /s) wydajność skrawania, t 2 (s) czas skrawania, t 3 (s) czas wymiany narzędzia, y E energia skrawania odniesiona do jednej krawędzi skrawającej, T(s) okres trwałości ostrza. (4) Całkowita energia właściwa, J/mm 3 a) b) Energia właściwa, J/mm 3 Optymalny okres trwałości, z uwzględnieniem minimum energii skrawania, otrzymuje się przez zróżniczkowanie równania (4) i przyrównanie pochodnej do zera [19]. Wtedy, po przekształceniu otrzymanej zależności do postaci równania Taylora T=f (v c, f), otrzymuje się: (5) Prędkość skrawania, m/min Prędkość skrawania, m/min Rys. 10. Zmiana zużycia energii w toczeniu stali 11SMnPb30 na centrum tokarskim Mori Seiki NL2000Y/500: a) energii całkowitej, b) składowych energii całkowitej [17] gdzie: 1/α (k według ISO) wykładnik potęgowy przy prędkości w uogólnionym równaniu Taylora. Natomiast, gdy prędkość skrawania wzrasta (czyli przechodzi się do HSM), składowa stała wyraźnie maleje (rys. 10b). Takie przedstawienie rozkładu energii pozwala na dobór warunków obróbki z uwzględnieniem minimalnego zapotrzebowania energii. Można również rozpatrywać efektywność procesu w aspekcie stosunku całkowitej mocy skrawania wyznaczonej przez sumowanie teoretycznej mocy ruchów głównego i posuwowego (P=F c v c +F f v f ) do zmierzonej mocy całkowitej (rys. 11). W tym przypadku największą efektywność procesu toczenia ok. 30% uzyskano dla prędkości skrawania ok. 200 m/min (dopuszczalne są wartości z przedziału m/min), chociaż Okres trwałości, min Na rys. 12 przedstawiono wyniki optymalizacji dla toczenia stali EN8 (AISI 1040) o twardości 156HV na tokarce CNC MHP płytką CNMG WF gatunku Sandvik Próby trwałości przeprowadzono na sucho dla trzech prędkości skrawania 300, 400 i 500 m/min, utrzymując stały posuw 0,15 mm/obr i stałą głębokość skrawania a p =1 mm. Zmierzony, procentowy udział mocy skrawania dla trzech podanych prędkości skrawania wyniósł odpowiednio 31%, Prędkość skrawania m/min Rys. 12. Wyniki optymalizacji okresu trwałości ostrza (a) i prędkości skrawania (b) z (I) i bez (II) uwzględnienia energii na wytworzenie płytek i narzędzi skrawających oraz dla kryterium minimum kosztów (III) [18]

15 MECHANIK NR 3/ Leasing Eko Energia OTWÓRZ SIĘ NA NOWE MOŻLIWOŚCI Pomyśl o ekologii i wymień starą maszynę na energooszczędną, a otrzymasz 10% premii inwestycyjnej MINIMUM DOPASOWANIE DO POTRZEB SZYBKA PolSEFF to inicjatywa realizowana wspólnie z Europejskim Bankiem Odbudowy i Rozwoju, w ramach której możesz między innymi sfinansować: inwestycje w technologie i rozwiązania pozwalające na osiągnięcie co najmniej 20% poprawy efektywności zużycia energii inwestycje związane z wytwarzaniem energii ze źródeł odnawialnych, które poprawią konkurencyjność firmy

16 162 MECHANIK NR 3/ % i 39%. Równanie Taylora miało postać: log T =7,5 2,4logv c Okresy trwałości T/okresowe prędkości skrawania v ct, wyznaczone dla trzech rozważanych kryteriów, były równe: I 11,4 min/484 m/min; II 5,2 min/671 m/min; III 10 min/511 m/min. Podstawowy wniosek z przeprowadzonej analizy dotyczy rozbieżności pomiędzy wynikami optymalizacji dla kryterium kosztów i minimum energii, która zależy od ilości energii zużytej na wykonanie narzędzi skrawających. Badanie i modelowanie procesów skrawania z uwzględnieniem kryterium efektywności energetycznej i surowcowej (ekoefektywności) Badania zużycia energii w procesach wytwórczych i poszukiwania źródeł jej oszczędności są obecnie rozszerzane o zagadnienia wpływu redukcji energii na przebieg procesu oraz związki warunków procesu z oddziaływaniem na środowisko. Ten nowy kierunek badań zasygnalizowano wcześniej przy omawianiu optymalizacji parametrów toczenia i frezowania na bazie kryterium energooszczędności. Zdaniem specjalistów konieczne jest integralne ujęcie tego złożonego problemu, nazwanego ekoefektywnością procesu wytwórczego (eco-efficiency of manufacturning process) [20]. Termin ekoefektywność, który funkcjonuje na zasadzie zrównoważonego wytwarzania oznacza tworzyć większą wartość z mniejszym oddziaływaniem na środowisko. Został on zdefiniowany przez World Business Council of Sustainable Development (WBCSD) następująco: W równaniu (6) licznik zwykle podaje liczbę wyprodukowanych/sprzedanych wyrobów lub wartość sprzedaży netto, a mianownik uwzględnia różne aspekty wpływu na środowisko, np. zużycie energii, wody i materiałów, a także efekt cieplarniany czy zmniejszenie stężenia ozonu. W przypadku procesów wytwórczych, szacowanie ekoefektywności może być oparte na analizie kosztów/ /przebiegu cyklu życia (Life Cycle Cost/Life Cycle Assessment-LCC/LCA). W omówionym przykładzie szlifowania stali łożyskowej 100Cr6 o twardości 62 HRC ściernicą z CBN na szlifierce CNC Studer S120 uwzględniono łączne oddziaływanie energetyczne i surowcowe [19]. (6) W pierwszym przypadku wykorzystano wpływ wydajności procesu na energię właściwą w postaci równania (e c = 70, ,781/Q v na rys. 13), a w drugim równoważną emisję CO 2 (CO 2 fossil fuel CO 2 emission) powstającą nie tylko w efekcie zużycia energii przez obrabiarkę, ale również w efekcie zastosowania CCS i przeprowadzania obciągania ściernicy. Szlifowanie przeprowadzono w pięciu przejściach, aż do uzyskania maksymalnego właściwego ubytku materiału V m = 500 mm 3 /min [21]. Z rys. 13 wynika jednoznacznie, że szlifowanie z maksymalnym właściwym ubytkiem materiału V m =500 mm 3 / /min powoduje wyraźny wzrost maksymalnej chropowatości powierzchni Rz. Ustalono, na podstawie odwzorowania topografii ściernicy po każdym przejściu, że udział we wzroście chropowatości powierzchni ma także zużycie ściernicy (efekt ten jest bardziej widoczny w przypadku ściernicy ceramicznej Al 2 O 3 ). Skutkuje to koniecznością przeprowadzania obciągania ściernicy, co wymaga dodatkowej energii. Przeprowadzono szczegółową analizę emisji CO 2 (rys. 14) związaną z różnymi wymaganiami co do jakości powierzchni i wydajności procesu. Przyjęto cztery źródła emisji CO 2 : 1 proces szlifowania i obrabiarka, 2 proces obciągania ściernicy, 3 praca pompy CCS, 4 uzupełnianie straconego chłodziwa 5 30%, a ilość emitowanego gazu odniesiono do szlifowania 1 kg stali. Jeśli uwzględni się przypadek stałej chropowatości, np. Rz =1μm jak na rys. 14 to widać wyraźnie, że wzrost wydajności objętościowej powoduje zmniejszenie emisji CO 2. Efekt ten można wyjaśnić skróceniem czasu obróbki, a większe zapotrzebowanie mocy następuje po krótszym czasie. Jednakże po przekroczeniu zakresu krytycznego, czyli bardzo dużych wymagań co do jakości powierzchni, emisja CO 2 wzrasta wykładniczo. Jedną z możliwości projektowania energooszczędnych procesów obróbki skrawaniem jest zastosowanie analizy numerycznej, stanowiącej uzupełnienia badań doświadczalnych (rys. 15). W [22] efektywność procesu skrawania (w kontekście zużycia energii i surowców) oceniano na podstawie wpływu prędkości skrawania, głębokości skrawania i kąta natarcia na cztery charakterystyki wyjściowe: opór właściwy skrawania k c, zużycie ostrza W, wymiar zadzioru G i promień krzywizny wióra r s. Po wyznaczeniu odpowiednich równań regresji, w postaci wielomianów z członami interakcyjnymi, poszczególnym charakterystykom (k c,w,g,r s ) przypisano odpowiednio wagę w zależności od ich wpływu na wartość zużytej energii. W ten sposób otrzymano równanie, które Energia właściwa, kj/cm 3 Wydajność objętościowa, cm 3 /s Parametr chropowatości Rz, μm Rys. 13. Związek między zużyciem energii i chropowatością powierzchni Rz w szlifowaniu stali 100Cr6 ściernicą CBN [20]. Warunki szlifowania: ściernica B126M8VD49, v c =60 m/s, właściwa wydajność objętościowa Q v = 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 mm 3 /mm s Emisja CO2 kg/szlif. 1 kg stali Emisja CO2 kg/szlif. 1 kg stali Wydajność, cm 3 /s Rys. 14. Zależność emisji CO 2 od wydajności i chropowatości powierzchni w szlifowaniu stali 100Cr6 ściernicą CBN [20]: 1 proces szlifowania i obrabiarka, 2 proces obciągania ściernicy, 3 praca pompy CCS, 4 uzupełnianie straconego chłodziwa

17 CENTRUM FREZARSKO-TOKARSKIE FTM 1000 HYDRAULICZNA PRASA KRAWĘDZIOWA CNC o nacisku od 100 do 250 T * promocja dotyczy modeli Synchromaster i Euromaster CENTRUM FREZARSKO-TOKARSKIE FTM 700 FABRYKA AUTOMATÓW TOKARSKICH WE WROCŁAWIU S.A. Belgijska Grupa HACO ul. Grabiszyńska Wrocław Tokarki tel.: 71/ , kom , mail: handel@fathaco.com Maszyny do BLACH tel.: 71/ , kom , mail: handel.fat@fathaco.com Zapraszamy na nasze stoisko 48: Targi Kielce STOM

18 164 MECHANIK NR 3/2013 Konieczność stworzenia globalnego programu oszczędności surowców, materiałów i energii dotyczy przemysłu wytwórczego, który obecnie jest głównym konsumentem energii elektrycznej (30% światowego globalnego zużycia energii) i z tego powodu ma znaczący, bo 36% udział w emisji CO 2. Świadomość zagrożenia ekologicznego powoduje coraz poważniejsze działania zmierzające do budowy energooszczędnych obrabiarek i projektowania ekoefektywnych procesów technologicznych obróbki. W przypadku procesów wytwórczych szacowanie ekoefektywności może być oparte na analizie kosztów/ /przebiegu cyklu życia (Life Cycle Cost/Life Cycle Assessment-LCC/LCA). Celowe jest uwzględnienie w optymalizacji warunków obróbki dodatkowych kryteriów, w tym minimalnego zużycia energii i materiałów. Stwarza to jednak technologiczne problemy w uzyskaniu wymaganej wydajności i jakości powierzchni. LITERATURA Rys. 15. Koncepcja modelowania FEM procesu z oszczędnym zużyciem surowców [21] umożliwia przeanalizowanie zmian wprowadzonego zamiennika energii (EA energy equivalent) w funkcji wybranych wcześniej parametrów skrawania. Jeśli analizę przepływu energii rozszerzy się na obrabiarkę, to można utworzyć mapę bilansu energii dla badanego sposobu obróbki. Mapę bilansu energetycznego, która wspomaga projektowanie procesu technologicznego obróbki, można wyznaczyć numerycznie metodą FEM (MES). Przykład takiej mapy, z podanymi wartościami wskaźnika efektywności energetycznej (ilorazu energii skrawania do całkowitej energii pobieranej przez obrabiarkę), przedstawia rys. 16. Energia, kw/h Rys. 16. Numerycznie wyznaczony bilans energii dla wiercenia stali 42CrMo [1] Wyraźne, zwiększone zużycie energii przez obrabiarkę przy wierceniu narzędziem ze stali szybkotnącej (2,359 kwh) wynika z dłuższego czasu operacji, niż gdy stosuje się powlekane wiertła pełnowęglikowe. Przewiduje się, że w przyszłości analiza zużycia energii i surowców będzie dotyczyła wszystkich czynników związanych z obrabiarką i procesem w fazie planowania procesu technologicznego [23]. Podsumowanie Efektywność energetyczna, % 1. R. NEUGEBAUER, C. HOCHMUTH, G. SCHMIDT, M. DIX: Energy efficient process planning based on numerical simulations. Materials Research 223, 2011, p J.R. DUFLOU, J.W. SUTHERLAND, D. DORNFELD et al.: Towards energy and resource efficient manufacturing: A process and system approach. CIRP Annals-Manufacturing Technology 61/2 (2012), Y. GUOA, J. LOENDERSB, J. DUFLOU, B. LAUWERS: Optimization of energy consumption and surface quality in finish turning. 5 th CIRP Conference on High Performance Cutting Procedia CIRP 1 (2012), p CO 2 emissions from fuel combustion. International Energy Agency W. GRZESIK: Wizje i strategie wytwarzania. Mechanik 3 (cz. I), 4 (cz. II), 2010, s J. JĘDRZEJEWSKI: Doskonalenie obrabiarek trendy, redukcja błędów i dokonania producentów. Cz. II. Stale 2011, s J. HONCZARENKO: Ekologiczne obrabiarki. Mechanik 5-6 (2012), s A. VIJAYARAGHAVAN, D. DORNFELD: Automated energy monitoring of machine tools. CIRP Annals-Manufacturing Technology 59 (2010), T. GUTOWSKI et al.: Environmentally benign manufacturing: Observations from Japan, Europe and the United States. Journal of Cleaner Production 13 (2005), p M. MORI, M. FUJISHIMA, Y. INAMASU, Y. ODA: A study on energy efficiency improvement for machine tools. CIRP Annals- Manufacturing Technology 60 (2011), p N. DIAZ, M. HELU, A. JARVIS et al.: Strategies for minimum energy operation for precision machining. The Proceedings of MTTRF 2009 Annual Meeting 2009, p S. KARA, W. LI: Unit process energy consumption models for material removal processes. CIRP Annals-Manufacturing Technology 60 (2011), p W. GRZESIK: Podstawy skrawania materiałów konstrukcyjnych. WNT 2010 Warszawa. 15. N. DIAZ, K. NINOMIYA, J. NOBLE, D. DORNFELD: Environmental impact characterization of milling and implications for potential energy savings in industry. 5th CIRP Conference on High Performance Cutting. Procedia CIRP 1, 2012, p N. DIAZ, E. REDELSHEIMER, D. DORNFELD: Energy consumption characterization and reduction strategies for milling machine tool use. Proceedings of the 18th CIRP International Conference on Life Cycle Engineering, 2011, p Y. GUO, J. LOENDERS, J. DUFLOU, B. LAUWERS: Optimization of energy consumption and surface quality in finish turning, 5th CIRP Conference on High Performance Cutting, Procedia CIRP 1, 2012, M.F. RAJEMI, P.T. MATIVENGA, A. ARAMCHAROEN: Sustainable machining: selection of optimum turning conditions based on minimum energy considerations. Journal of Cleaner Production, 18(2010), P.T. MATIVENGA, M.F. RAJEMI: Calculation of optimum cutting parameters based on minimum energy footprint. CIRP Annals- Manufacturing Technology, 60 (2011), W. LI, M. WINTER, S. KARA, Ch. HERRMANN: Eco-efficiency of manufacturing process: a grinding case. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 61 (2012), K. OCZOŚ, J. PORZYCKI: Szlifowanie. WNT 1986 Warszawa. 22. R. NEUGEBAUER, R. WERTHEIM, C. HOCHMUTH, et al.: Modelling of energy and resource- efficiency machining. Proceedings of4thcirpconferenceonhighperformancecutting, R. NEUGEBAUER, W. DROSSEL, R. WERTHEIM, et al.: Resource and energy efficiency in machining using high-performance and hybrid processes. 5th CIRP Conference on High Performance Cutting, Procedia CIRP 1, 2012, 3 16.

19 MECHANIK NR 3/ MILLFORCE 1 owa z przejezdn kolumn rednioseryjnej. Moc Zakres obrotów / min -1 Moc* 30 kw Moment obrotowy* 850 Nm Szybki posuw* mm/min Sto ek wrzeciona zgodnie z DIN ISO Drogi przejazdu O X* n*1 000 mm O Y* / mm O Z* mm *maksymalna/-y EUROPEAN TECHNOLOGY Sp. z o.o., Sp. k Warszawa, ul. Libijska 10 tel.: fax:

20 166 MECHANIK NR 3/2013 TruMark serii 6000 wysoko wydajne znakowanie laserowe Znakowanie laserowe staje się coraz częstszą technologią trwałego nanoszenia oznaczeń na różnego rodzaju materiały. Wzrost popularności tej technologii znakowania wynika z bardzo wysokiej jakości i trwałości powstających oznaczeń. Obróbka powierzchni jest bezkontaktowa nie ma zjawiska zużywania się narzędzia, a naprężenia wywierane na materiał w procesie obróbki są małe. Szeroki zakres obrabianych materiałów powoduje możliwość jej zastosowania do wielu różnorodnych produktów. Firma TRUMPF jest czołowym, cenionym na całym świecie producentem źródeł promieniowania laserowego oraz kompletnych systemów do obróbki blach, wykorzystujących m.in. technologie laserowe (np.: cięcie 2D i 3D, spawanie, mikrospawanie, napawanie). W swojej ofercie firma TRUMPF ma znakomite znakowarki laserowe TruMark, podzielone na trzy podstawowe serie: seria 3000, seria 5000 oraz seria Rodzina znakowarek TruMark firmy TRUMPF TruMark serii 6000 firmy TRUMPF to grupa znakowarek laserowych, charakteryzujących się dużą mocą źródeł laserowych oraz bardzo wysoką jakością emitowanej wiązki laserowej. Niezależnie od rodzaju powierzchni znakowanego elementu możliwy jest dobór takiego źródła laserowego, dla którego odpowiednia długość fali promieniowania laserowego 1064 nm, 532 nm lub 355 nm pozwala uzyskać efekty znakowania spełniające wymagania użytkownika. TruMark serii 6000 to znakowarki o bardzo dużej wydajności. Odpowiednie parametry laserów oraz wysokiej jakości głowica skanująca zapewniają krótki czas obróbki i bardzo wysoką precyzję znakowania. Urządzenie może być oferowane w wersji OEM do zabudowy w istniejącą linię produkcyjną klienta. Modułowa budowa znakowarki i wykorzystanie zintegrowanych, hybrydowych przewodów zasilających powodują, że integracja i uruchomienie znakowarek TruMark nie nastręcza większych trudności, a czas integracji jest skrócony do minimum. Integracja TruMark 6000 jest bardzo łatwa, dzięki otwartej architekturze interfejsów i połączeniu wtykowemu między zasilaczem a głowicą roboczą. Optyka skanerowa może być obracana o 90, co daje możliwość elastycznej zabudowy. Modułowa budowa, odpowiednie oprogramowanie oraz opcja telediagnozy pozwalają również skrócić do minimum ewentualny czas przestoju związany z konserwacją i serwisem urządzenia. Konstrukcja znakowarek TruMark serii 6000 umożliwia zastosowanie dwóch głowic skanujących, zamiast jednej. W zależności od danego rozwiązania, możliwe jest znakowanie z podwojoną prędkością lub znakowanie w dwóch różnych miejscach. Wykonując 2800 znaków/ s (przy wielkości znaków 1 mm i znakowaniu w jednej linii), systemy z podwójną głowicą wyznaczają standardy w ultraszybkim znakowaniu. Technologia Dual Head System wykazuje szczególne zalety przy obróbce dużej liczby detali i długich seriach znakowanych elementów. Rozszerzone pole robocze sprawia, że przesuw głowicy lub detalu jest zbędny. Pozwala to zaoszczędzić na kosztach przezbrajania i zwiększa możliwości urządzenia. Dzięki dużej dokładności pozycjonowania i dokładnemu podziałowi mocy, systemy Dual Head gwarantują identyczne rezultaty w polach znakowania obu głowic skanujących. Szybkiej integracji urządzenia oraz uzyskaniu oczekiwanych efektów znakowania sprzyja profesjonalne oprogramowanie znakowarki, w tym moduł NAVI- GATOR, który jest efektem wieloletnich doświadczeń aplikacyjnych firmy TRUMPF. Nawet operatorzy, którzy nie dysponują specjalistyczną wiedzą, mogą szybko znaleźć ustawienie lasera odpowiednie do znakowania różnorodnych materiałów. Lasery TruMark mają rezerwę energii pompowanej, za pomocą której możliwa jest wielokrotna kompensacja częściowego zużycia diod pompujących. W trakcie pracy porównywana jest aktualna moc lasera z zadaną (dla 100% mocy lasera). Jeśli obie wartości TruMark 6000 z układem zasilania