Dobór chłodziwa i jego wpływ na produktywność

Oprócz czynnika ludzkiego o przebiegu procesu obróbki skrawaniem decydują cztery podstawowe zmienne: rodzaj obrabiarki, zastosowane narzędzia, system sterowania CAD/CAM oraz chłodziwa. Te ostatnie często są jednak deprecjonowane z uwagi na przekonanie o ich niewielkim wpływie na wydajność obróbki. Tymczasem to właśnie one mogą istotnie przyczynić się do optymalizacji parametrów procesu produkcyjnego.

W przeszłości chłodziwa postrzegane były jako zło konieczne, a ich rola ograniczała się do zapewnienia odpowiedniego smarowania i chłodzenia strefy obróbczej – krawędzi ostrza narzędzia i obrabianej powierzchni detalu. Od tego czasu ich skład i stawiane im wymogi uległy jednak istotnym przeobrażeniom, czyniąc chłodziwa produktami wysoce skomplikowanymi i zaawansowanymi technologicznie – tak pod względem struktury, jak i pełnionych funkcji. Ich ewolucja przebiegała równolegle do procesów modernizacji obrabiarek, narzędzi i systemów sterowania.

I być może dlatego przeszła bez echa, a wielu producentów nadal nie zdaje sobie sprawy, jak wiele wniosła do procesu obróbczego. Wystarczy sobie uświadomić, że w skład koncentratu chłodziwa wodnorozcieńczalnego wchodzi dziś ponad 50 substancji.

Klucz do przewagi nad konkurencją

Ograniczanie funkcji chłodziw do ich podstawowych zadań – chłodzenia i smarowania wydaje się tym samym coraz mniej uzasadnione. Nowoczesne emulsje i roztwory chłodząco-smarujące potrafią bowiem znacznie więcej – począwszy od wydłużenia żywotności narzędzi, przez ochronę antykorozyjną, po eliminację problemów skórnych operatorów. Są przy tym coraz bardziej uniwersalne, nietoksyczne, stabilne i kompatybilne z maszyną, stając się nierzadko elementem przewagi konkurencyjnej przedsiębiorstwa.

Klasyfikacja chłodziw

Aby jednak móc istotnie przyczynić się do optymalizacji procesów obróbczych, chłodziwa powinny mieć nie tylko odpowiedni skład. Równie ważny jest ich właściwy dobór uwzględniający rodzaj procesu obróbczego oraz stosowanych maszyn i narzędzi, a także sposób ich sporządzania. Niewłaściwie przygotowany roztwór czy emulsja mogą bowiem nie tylko nie spełniać swoich funkcji, ale nawet przyczynić się do powstawania korozji.

Jedną z podstawowych reguł jest w tym przypadku zasada, zgodnie z którą czysta woda nie powinna być wlewana do koncentratu lub wcześniej sporządzonej emulsji. W przeciwnym razie może powstać tzw. odwrócona emulsja o konsystencji majonezu pozbawiona kluczowych właściwości.

Wielofunkcyjne narzędzie

Idea wykorzystania chłodziw w celu zwiększenia efektywności procesów produkcyjnych skłoniła ich producentów do poszukiwania formuł rozszerzających zakres potencjalnych funkcji. Tak zrodził się pomysł opracowania chłodziw nowej generacji, które przestają być tylko biernym elementem procesu produkcyjnego, lecz stają się narzędziem wywierającym istotny wpływ na szybkość, jakość i cenę wytworzenia detalu.

Ewolucja w kierunku takiego sposobu postrzegania chłodziw wyda się bardziej oczywista, jeśli spojrzeć na wyniki badań prowadzonych przez szwajcarską firmę BLASER Swisslube. Według jej wyliczeń, choć z reguły koszty chłodziwa nie przekraczają 0,5% kosztu wytworzenia produktu, ma ono wpływ na wszystkie pozostałe elementy procesu obróbczego stanowiące aż 95% kosztów produkcji jednostkowej, tj. zasoby ludzkie, maszyny i narzędzia.

Wyższy komfort pracy

Największy udział w tych kosztach (60%) mają zasoby ludzkie. Ich wpływ na przebieg procesu produkcyjnego nie ogranicza się jednak wyłącznie do tzw. kosztów personalnych: braki kadrowe, w tym głównie niedobór wykwalifikowanych operatorów obrabiarek, sprawiają, że znaczenie każdej jednostki dla sprawnego przebiegu produkcji z roku na rok rośnie.

Z tego względu każda absencja spowodowana chorobą wywiera negatywny wpływ na funkcjonowanie przedsiębiorstwa, obniżając jego produktywność i przyczyniając się do powstawania zaległości produkcyjnych. A ponieważ jedną z jej częstych przyczyn są choroby skórne wywołane kontaktem z chłodziwem, ogromnego znaczenia nabiera takie komponowanie jego składu, aby nie powodował on podrażnień skóry ani reakcji alergicznych, a nawet – dzięki przyjemnemu zapachowi – pozytywnie wpływał na komfort pracy operatorów.

Aby jednak poprawa warunków pracy personelu przełożyła się na wzrost efektywności przedsiębiorstwa, konieczne jest także zapewnienie odpowiedniego funkcjonowania dwóch pozostałych składowych kosztów produkcji: maszyn i narzędzi (odpowiednio 30% i 5% wydatków produkcyjnych).

W pierwszym przypadku rola chłodziwa sprowadza się do poprawy parametrów obróbczych i ograniczenia częstotliwości awarii. Odpowiednie chłodzenie i smarowanie, zapewniając niezakłóconą pracę maszyn, w dłuższej perspektywie pozytywnie przekłada się na efektywność ich wykorzystania i szybszy zwrot z inwestycji, a także redukuje koszty napraw i serwisu stanowiące istotny składnik całkowitych kosztów eksploatacyjnych zakładu.

Dłuższa żywotność narzędzi

Znaczenie odpowiedniego doboru emulsji chłodząco-smarującej oraz jej wpływ na przebieg procesów obróbczych najłatwiej zaobserwować jednak na przykładzie narzędzi. Chłodziwa nowej generacji pozwalają bowiem nie tylko na uzyskanie wyższych prędkości skrawania i tym samym skrócenie cyklu produkcyjnego, ale odgrywają również istotną rolę w przedłużeniu żywotności narzędzi skrawających.

Lepsze chłodzenie i smarowanie sprzyja bowiem obniżeniu temperatury w strefie obróbki oraz zmniejsza opór między krawędzią ostrza narzędzia a powierzchnią detalu, minimalizując ścieranie i wypaczenia istotnie skracające czas użytkowania magazynu narzędziowego. Jak wyliczyła firma BLASER Swisslube, przy obecnym stosunku kosztu zakupu narzędzi do ceny chłodziwa już wzrost ich żywotności o 10% pozwala uzyskać oszczędności całkowicie pokrywające wydatki na chłodzenie i smarowanie.

Co więcej, te same właściwości chłodziw decydują również o ostatecznym efekcie obróbki, poprawiając jakość obrabianych powierzchni i tym samym ograniczając ryzyko wytworzenia niepełnowartościowych detali.

Opisane procesy tworzą swoisty łańcuch zdarzeń, wzajemnie się warunkując i uzupełniając. Dopiero rozpatrywane łącznie, pozwalają na pełną analizę korzyści wynikających ze stosowania nowej generacji chłodziw. A te pokrywają się z głównymi celami optymalizacji procesów produkcyjnych w przedsiębiorstwie – redukują koszty i czas wykonania detalu, rozstrzygając tym samym o jego przewadze nad konkurencją.