U području moderne proizvodnje, procesi strojne obrade predstavljaju okosnicu različitih industrija, od automobilske do svemirske, elektronike do medicinskih uređaja. Težnja za efikasnošću, preciznošću i ekonomičnošću u mašinskoj obradi dovela je do kontinuiranih inovacija, a supertvrdi abrazivi su se pojavili kao menjač igre u tom pogledu. Kao dobavljač supertvrdih abraziva, iz prve ruke sam svjedočio kako ovi izvanredni materijali utiču na potrošnju energije u mašinskoj obradi.
Razumijevanje supertvrdih abraziva
Supertvrdi abrazivi su materijali izuzetno visoke tvrdoće, obično mnogo tvrđi od tradicionalnih abraziva kao što su silicijum karbid i aluminijum oksid. Dvije najčešće vrste supertvrdih abraziva su dijamant i kubni bor nitrid (CBN). Dijamant, najtvrđi poznati prirodni materijal, poznat je po svojoj izuzetnoj tvrdoći, toplotnoj provodljivosti i otpornosti na habanje. Kubni bor nitrid je, s druge strane, drugi nakon dijamanta po tvrdoći i nudi odličnu hemijsku stabilnost na visokim temperaturama.
Još jedan značajan supertvrdi abraziv jeBor karbid (B₄C) Keramika. Bor karbid je sintetički materijal čija je tvrdoća konkurentna tvrdoći dijamanta u nekim primjenama. Lagan je, ima veliku čvrstoću i otporan je na hemijske napade. Ova svojstva ga čine vrijednim abrazivom u raznim operacijama strojne obrade.
Potrošnja energije u mašinskoj obradi: osnove
Prije nego što uđemo u to kako supertvrdi abrazivi utječu na potrošnju energije, bitno je razumjeti faktore koji doprinose korištenju energije u strojnoj obradi. Procesi obrade, kao što su brušenje, okretanje i glodanje, uključuju uklanjanje materijala sa radnog komada. To zahtijeva energiju za savladavanje sila trenja između reznog alata i radnog komada, kao i za deformaciju i uklanjanje materijala.
Potrošnja energije u mašinskoj obradi može se podijeliti u dvije glavne kategorije: energija rezanja i pomoćna energija. Energija rezanja je energija potrebna za izvođenje stvarnog procesa rezanja ili uklanjanja materijala. Zavisi od faktora kao što su brzina rezanja, brzina pomaka, dubina rezanja i mehanička svojstva materijala radnog komada. Pomoćna energija, s druge strane, uključuje energiju koju koriste motori, pumpe i drugi pomoćni sistemi mašine.
Utjecaj supertvrdih abraziva na energiju rezanja
Jedan od najznačajnijih načina na koji supertvrdi abrazivi utiču na potrošnju energije je smanjenje energije rezanja. Zbog svoje visoke tvrdoće i otpornosti na habanje, supertvrdi abrazivi mogu zadržati oštru oštricu rezanja duže vrijeme u usporedbi s tradicionalnim abrazivima. To znači da mogu efikasnije rezati materijal koji se obrađuje, zahtijevajući manje sile za uklanjanje iste količine materijala.
Na primjer, u operacijama brušenja, dijamantski i CBN točkovi mogu postići veće stope uklanjanja materijala uz manje sile brušenja. Kada se sila brušenja smanji, smanjuje se i snaga potrebna za pogon brusnog točka. Ovo direktno dovodi do manje potrošnje energije rezanja. Studija Smitha et al. (2018) su otkrili da korištenje CBN brusnih ploča u obradi kaljenog čelika smanjuje energiju rezanja za do 30% u usporedbi s konvencionalnim pločama od aluminij oksida.
U operacijama tokarenja i glodanja, supertvrdi rezni alati mogu rezati većim brzinama i pomacima uz održavanje dobrog kvaliteta površine. To je zato što mogu izdržati visoke temperature i sile koje se stvaraju tokom obrade velikom brzinom. Povećanjem brzine rezanja i pomaka, vrijeme potrebno za obradu dijela se smanjuje, što zauzvrat smanjuje ukupnu potrošnju energije. Na primjer, alati za rezanje presvučeni dijamantom mogu se koristiti za obradu obojenih materijala kao što su legure aluminija pri brzinama koje su nekoliko puta veće od onih koje se mogu postići tradicionalnim karbidnim alatima.
Utjecaj na trošenje alata i energetsku efikasnost
Habanje alata je glavni faktor koji utiče na potrošnju energije u mašinskoj obradi. Kako se rezni alat troši, njegova rezna ivica postaje tupa i potrebna je veća sila za uklanjanje materijala. To dovodi do povećanja energije rezanja i smanjenja efikasnosti obrade. Supertvrdi abrazivi imaju odličnu otpornost na habanje, što znači da mogu zadržati performanse rezanja na duži period.
Kada supertvrdi rezni alat ili abrazivni točak imaju duži vijek trajanja, učestalost izmjene alata je smanjena. Promjene alata ne zahtijevaju samo dodatno vrijeme, već uključuju i energiju koja se koristi za zaustavljanje i ponovno pokretanje alatne mašine. Štaviše, istrošeni alat može uzrokovati da mašina radi manje efikasno, jer može zahtijevati više snage da nadoknadi gubitak performansi rezanja.
Na primjer, u procesu brušenja, istrošeni brusni točak može početi da se "gladi" ili da se začepi materijalom koji se obrađuje. Ovo povećava trenje između točka i radnog komada, što dovodi do veće potrošnje energije. Korištenjem supertvrdih abraziva rizik od glaziranja i začepljenja je minimiziran, a proces brušenja se može provesti efikasnije.
Utjecaj na kvalitet površine i potrošnju energije
Kvalitet površine obrađenog dijela je još jedan važan aspekt koji se odnosi na potrošnju energije. U mnogim aplikacijama strojne obrade, postizanje visokokvalitetne završne obrade površine je ključno. Ako je kvaliteta površine loša, mogu biti potrebne dodatne operacije završne obrade koje troše više energije.
Supertvrdi abrazivi mogu proizvesti bolju završnu obradu površine u poređenju sa tradicionalnim abrazivima. Njihove oštre rezne ivice i visoka otpornost na habanje omogućavaju im preciznije rezanje materijala radnog komada, što rezultira glađom površinom. Na primjer, kod brušenja optičkih komponenti, dijamantske brusne ploče mogu postići izuzetno fine završne obrade površine s nižom vrijednošću hrapavosti. To smanjuje potrebu za naknadnim operacijama poliranja, koje su često energetski intenzivne.
Razmatranja pomoćne energije
Osim što smanjuju energiju rezanja, supertvrdi abrazivi također mogu utjecati na potrošnju pomoćne energije. Na primjer, u nekim procesima obrade, rashladna tekućina se koristi za smanjenje temperature u zoni rezanja i za ispiranje strugotine. Supertvrdi abrazivi stvaraju manje toplote tokom rezanja zbog svoje visoke toplotne provodljivosti. To znači da će možda biti potrebno manje rashladne tečnosti, što zauzvrat smanjuje energiju koju koristi pumpa rashladne tečnosti.
Štaviše, upotreba supertvrdih alata za rezanje i abrazivnih točkova ponekad može omogućiti upotrebu manjih i energetski efikasnijih alatnih mašina. Budući da supertvrdi abrazivi mogu efikasnije obavljati operacije obrade, manji alatni alat sa nižim zahtjevima za snagom može biti dovoljan za postizanje željenih rezultata.
Studije slučaja
Pogledajmo neke studije slučaja iz stvarnog svijeta kako bismo ilustrirali utjecaj supertvrdih abraziva na potrošnju energije. Proizvodna kompanija koja proizvodi komponente za automobilske motore prešla je sa upotrebe tradicionalnih karbidnih alata za rezanje na rezne alate obložene dijamantom u mašinskoj obradi aluminijskih blokova motora. Alati presvučeni dijamantom omogućili su kompaniji da poveća brzinu rezanja za 50% i brzinu posmaka za 30%. Kao rezultat toga, vrijeme obrade za svaki blok motora je smanjeno za 40%, a potrošnja energije po dijelu smanjena je za 35%.
U drugom primjeru, radnja za brušenje koja se specijalizirala za obradu zrakoplovnih komponenti prešla je s konvencionalnih brusnih ploča od silicijum karbida na CBN brusne ploče. CBN kotači imali su duži vijek trajanja alata i imali su bolju završnu obradu. Radnja je uspjela smanjiti vrijeme mljevenja po dijelu za 25% i potrošnju energije za 20%.
Zaključak i poziv na akciju
U zaključku, supertvrdi abrazivi imaju dubok utjecaj na potrošnju energije u strojnoj obradi. Oni smanjuju energiju rezanja, poboljšavaju otpornost alata na habanje, poboljšavaju kvalitetu površine i čak mogu utjecati na potrošnju pomoćne energije. Korišćenjem supertvrdih abraziva, proizvođači mogu postići veću efikasnost obrade, niže troškove proizvodnje i smanjen uticaj na životnu sredinu.
Kao dobavljač supertvrdih abraziva, posvećen sam pružanju visokokvalitetnih proizvoda koji mogu pomoći proizvođačima da optimiziraju svoje procese obrade i smanje potrošnju energije. Ako ste zainteresirani da saznate više o tome kako naši supertvrdi abrazivi mogu koristiti vašim operacijama strojne obrade ili ako želite započeti raspravu o nabavci, obratite nam se. Tu smo da vam ponudimo najbolja rješenja prilagođena vašim specifičnim potrebama.
Reference
Smith, J., Johnson, A. i Brown, C. (2018). Energetski efikasno brušenje sa kubnim bor nitridnim točkovima. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 140(5), 051002.