Fenntarthatóság a megmunkálásban: Milyen szerepet játszik a szerszámtartás?

A fenntarthatóság olyan téma, amely joggal válik egyre fontosabbá számunkra. Az erőforrások korlátozottak, az energia pedig egyre drágább. A fenntarthatóság értékelésénél fontos, hogy ne túlságosan szűken egy termékre koncentráljunk, hanem vegyük figyelembe a környezetet is – a termék életciklusát és a teljes folyamatot, amelybe a termék beépül.

Hogyan néz ki a fenntarthatóság a megmunkálásban?

A fémmegmunkálásnak számos aspektusa van. Az anyagtól, az alkatrészgeometriától és a darabszámtól függően a legkülönfélébb gépeket, szerszámokat és befogóeszközöket használják. Figyelembe kell venni az olyan külső körülményeket is, mint a gyártás helye, a munkavállalók képzettsége és az esetleges automatizálás. Számos különböző gyártási lehetőség létezik, amelyek az egyedi esettől függően a legjobb, leggazdaságosabb és legtartósabb megoldást jelenthetik. Nehéz itt nem összehasonlítani az almát a naranccsal.
Hogyan mérik a fenntarthatóságot? A felhasznált anyagok mellett valószínűleg az energiahatékonyság a legfőbb tényező, amely meghatározza a fenntartható folyamatot. Ezért ígéretes megközelítés a legnagyobb fogyasztók megkeresése és használatuk optimalizálása.

A szerszámgép megtakarítási potenciált kínál

A megmunkálásban kétségtelenül a szerszámgép az, amely a felhasznált energia nagy részét az orsó- és tengelyhajtásokkal, a perifériákkal és az olyan kiegészítő egységekkel, mint a hűtés, a kenés vagy a sűrített levegőellátás, fogyasztja. Új gépek vásárlásakor a felhasználó jelentősen csökkentheti a fogyasztást, ha figyelmet fordít az energiatakarékos alkatrészekre. Andreas Haimer, a szerszámtartó technológiák piacvezetője, a HAIMER csoport ügyvezető igazgatója és elnöke kifejtette: „Saját gyártásunkban azt tapasztaltuk, hogy egy régi megmunkálóközpontot egy újjal lecserélve ugyanolyan megmunkálási folyamat mellett körülbelül 30 százalékkal kevesebb energiát igényel.” Hozzátesz még egy alapvető tényezőt: „Családi vállalkozásként nagy figyelmet fordítunk a fenntarthatóságra. Például a szerszámokhoz szükséges acélt Németországból szerezzük be, évek óta kizárólag megújuló energiaforrásokból származó villamos energiát használunk, és beruházunk napenergia-rendszerekbe és zöld infrastruktúrába. Az elmúlt pénzügyi évben összesen több mint egymillió eurót fektettünk be, és évente több mint 250 tonna CO2-t takarítottunk meg.”

Visszatérve a gépekhez, ahol nem minden régebbi megmunkálóközpontot lehet újjal helyettesíteni. A megmunkálási folyamat során is lehet megtakarításokat elérni, például CAD/CAM-optimalizált megmunkálási stratégiák, például trochoid marás alkalmazásával.

Andreas Haimer egy konkrét példával szolgál: „Egy ügyfelünk adatokat szolgáltatott nekünk arról, hogy a HAIMER Power zsugorbefogóival és HAIMER MILL marószerszámokkal végzett trochoid marással 75 százalékkal, alkatrészenként 71 percről 18 percre tudta csökkenteni a megmunkálási időt a símaróval történő megmunkáláshoz képest A megmunkálási stratégia megváltoztatása a jelentősen alacsonyabb energiafogyasztásnak köszönhetően energiamegtakarítással járt együtt. Míg a hagyományos, síkmaróval végzett megmunkálásnál 10 alkatrész esetében az orsóterhelés 80-85%-os volt, ami összesen mintegy 150 EUR energiaköltséget eredményezett, addig a 8-10%-os orsóterheléssel és jelentősen rövidebb gépfutási idővel járó trochoid marási stratégia az energiaköltséget 10 alkatrész esetében összesen 5 EUR-ra csökkentette. Ez viszont nagyobb teljesítményt jelent alacsonyabb energiafogyasztás mellett egy gyártott alkatrészre vetítve – ezt nevezem én fenntarthatónak és hatékonynak.”

A szerszámtartás fenntarthatósága: Holisztikus megközelítés

Ha a teljes folyamatláncot vizsgálja, gondolt-e már arra, hogy a szerszámtartó hogyan járulhat hozzá a fenntarthatósághoz? Egy olyan megmunkálási folyamatot tekintve, amelyben a marógép átlagosan körülbelül 30 kW-ot fogyaszt, plusz a hidraulikus és pneumatikus eszközök, automatizálási berendezések és robotok teljesítményét, a szerszámtartó csak alárendelt szerepet játszik. Ennek oka, hogy a szerszámtartó viszonylag kis részlet, még akkor is, ha a zsugorbefogóval történő befogási folyamat csekély mennyiségű energiát fogyaszt.
Más befogórendszereket vizsgálva a zsugorítás során az energiafogyasztás az üzemi használat során magasabb, mint egy hidraulikus vagy maró tokmánynál. Ha egy szerszámtartó teljes termékéletciklusát vizsgáljuk, amely magában foglalja a gyártást, a karbantartást és a selejtezést, akkor teljesen más kép rajzolódik ki.

A hidraulikus tokmány gyártása a bonyolultabb felépítés miatt lényegesen több erőfeszítést és energiát igényel. Az egyes alkatrészek nagy pontosságú megmunkálásán kívül a csökkentőhüvely forrasztása, a forrasztási kötés felszakadásának megakadályozására szolgáló további hőkezelés, valamint a tisztításhoz, összeszereléshez és olajjal való feltöltéshez szükséges erőfeszítés is szükséges. „Tapasztalataink szerint a gyártáshoz szükséges energiaigény körülbelül háromszorosa a zsugorbefogós tartókhoz képest” – magyarázza Andreas Haimer. „A zsugorbefogók mellett hidraulikus tokmányok is szerepelnek a kiterjedt portfóliónkban, bár ezek listaára a bonyolult gyártási folyamat miatt két-háromszor magasabb, mint a zsugorbefogóké. Bizonyos alkalmazásokhoz ezek jelentik a megfelelő megoldást. Azonban nem fenntarthatóbbak. Elemzéseink kimutatták, hogy egy hidraulikus tokmány gyártásához kb. 25 kWh-val több energiára van szükség, mint egy zsugorszerszámhoz. Ezzel szemben a termék életciklusát tekintve ez azt jelenti, hogy egy zsugorbefogó, amelynek energiaigénye 0,026 kWh zsugorításonként és hűtési ciklusonként, közel 1000-szer lehet zsugorítani, mielőtt több energiát igényelne, mint egy hidraulikus tokmány.”. Ugyanez vonatkozik a maró tokmányokra is, amelyek sokkal bonyolultabbak, és több alkatrészt, valamint zsírt és kenőanyagot tartalmaznak.

Az életciklus és a folyamat megbízhatósága kulcsfontosságú

A megnövekedett gyártási költségek mellett a karbantartás szempontjából is van különbség. Míg a Haimer zsugorbefogók karbantartásmentesek a különösen jó minőségű melegen megmunkált szerszámacélnak köszönhetően, és a szabadalmaztatott Haimer tekercs- és zsugorgép-technológiával kombinálva korlátlan számú alkalommal zsugoríthatók be és ki, addig a hidraulikus és maróbefogókat legkésőbb 2-3 évente vissza kell küldeni a gyártónak a szorítóerő ellenőrzésére, a szorítócsavar kenésére vagy a rendszer zsírozására, valamint a kopás miatti rendszeres karbantartás elvégzésére. A benne lévő hidraulikafolyadék vagy zsiradék a környezetbarát ártalmatlanítást is megnehezíti, mint a usugorbefogók esetében, amelyek nem tartalmaznak további alkatrészeket. Az élettartam mellett a folyamat megbízhatósága szempontjából is jelentős különbségek vannak: száraz megmunkálás vagy a megmunkálási folyamat elégtelen hűtése esetén a hidraulikus tokmányok a nagy hőfejlődés miatt a feszítőkamrák felrobbanásának kockázatát jelentik, beleértve a szerszám kihúzódását és a selejt veszélyét. A zsugorbefogók e tekintetben robusztusabbak és tartósabbak; ha teljesen ki akarja küszöbölni a szerszám kihúzódásának kockázatát, akkor a Haimer Safe-Lock rendszer opcionálisan elérhető a zsugorbefogók 100%-os biztonsága érdekében.

Az energiafogyasztás perspektívája

De hogyan is számolják ki valójában az energiafogyasztást a zsugorítás során? Egy zsugorbefogó felmelegítése körülbelül 5 másodpercet vesz igénybe egy jelenlegi HAIMER zsugorítógépen. A tapasztalt felhasználók egyetlen műveletben zsugorítanak egy elhasználódott vágószerszámot és zsugorítanak egy új vágószerszámot. A szerszámtartót tehát csak egyszer kell felmelegíteni és lehűteni. A HAIMER Power Clamp zsugorgép maximális teljesítménye a szabadalmaztatott NG-tekerccsel 13 kW, de az átlag 8 kW. Ez azt jelenti, hogy egyetlen teljes zsugorítási folyamat körülbelül 0,011 kWh-t fogyaszt. Ezen felül a hűtés körülbelül 0,015 kWh-t fogyaszt – bár a Haimer készülékek akár öt tartót is képesek párhuzamosan és egyidejűleg hűteni, közel azonos energiafogyasztás mellett. A legrosszabb esetben ez összesen 0,026 kWh-t eredményez a teljes folyamatra. Ha egy kilowattóra 20 centbe kerül, akkor egy szerszám zsugorítása és hűtése marginális 0,5 centbe kerül.

És hogyan kell besorolni az energiafogyasztást, ha figyelembe vesszük a megmunkálási folyamatot, amelyben egy marógép energiafogyasztása az összes segédhajtással együtt körülbelül 30 kW? Feltételezve, hogy egy szerszám kb. 1 órát van használatban, és hogy a megmunkálási időnek akár csak egy százalékát is meg lehet takarítani a nagy koncentrikus és merevségnek vagy a vékony kontúrnak köszönhető jobb marási stratégiáknak köszönhetően, ez 0,3 kWh megtakarított energiát jelentene. Ez körülbelül 11-szerese a zsugorításhoz felhasznált energiának.

Andreas Haimer összefoglalja: „A befogás folyamatonkénti energiafogyasztása elhanyagolható szerepet játszik az életciklus, a folyamat megbízhatósága és a megmunkálási stratégia kérdéseihez képest. A modern CAD/CAM-optimalizált marási stratégiák a megmunkálási idő 75 százalékát megtakaríthatják. A megmunkálóknak az ilyen javított folyamatokra kell összpontosítaniuk, ha fenntarthatóak és termelékenyek akarnak lenni. Második lépésként pedig ki kell választaniuk a legmegfelelőbb és folyamatbiztos szerszámtartót ezekhez a stratégiákhoz”

HAIMER