Význam provozní péče pro úspěšné používání moderních procesních kapalin

Význam provozní péče pro úspěšné používání moderních procesních kapalin

Cílem obráběcích operací je hospodárná výroba obrobků s bezvadným povrchem. V tribologickém systému, jehož hlavními prvky jsou obrobek a obráběcí nástroj, hraje důležitou roli také médium, které obklopuje jejich vzájemný kontakt – procesní kapalina. Na procesní kapaliny, které se při obrábění používají, je kladeno mnoho požadavků. Hlavními úkoly jsou mazání, chlazení a vyplachování. Vedle toho je nutno akceptovat řadu vedlejších úkolů, např. antikorozní ochranu, zdravotní nezávadnost, vyloučení nebezpečných složek atd.

Při řezném procesu se vyskytují v podstatě dvě třecí místa, která vyžadují dobré mazací vlastnosti, a to styková plocha mezi obrobkem a hřbetem nástroje a mezi třískou a čelem nástroje. Požadavek na zmenšení tření souvisí s mazivostí procesní kapaliny. Přísady obsažené v procesní kapalině adsorbují na povrchu obrobku i nástroje a vytvářejí tak vrstvy, které omezují přímý kovový kontakt povrchů a tím i tření a opotřebení nástroje. Menší opotřebení znamená zachování přesnosti nástroje a stálost rozměrů výrobků.

Značný význam mají chladicí účinky procesní kapaliny, neboť převážná část příkonu obráběcího stroje se při obrábění přemění na teplo. To je odváděno převážně kapalinou a třískami (až 85 %), v menší míře obrobkem (cca do 15 %) a nástrojem (cca 5–10 %). Množství a rozdělení obráběcího tepla závisí na řadě faktorů. Obráběcí teploty stoupají s rostoucí houževnatostí obráběného materiálu, řeznou rychlostí a řezným výkonem. Další důležité faktory představují geometrie nástroje, chlazení a mazání. Chladicí účinky závisejí na řadě faktorů, především na druhu a množství procesní kapaliny přiváděné k řeznému nástroji za časovou jednotku, na rychlosti proudění, na tvaru a směru proudu kapaliny vzhledem k místu řezu, na viskozitě, měrném teple a součiniteli tepelné vodivosti řezné kapaliny. Chladicí účinek je tím větší, čím lepší je přenos tepla a čím více procesní kapaliny se dostává k záběru.

Závisí na podmínkách obrábění, zda musí být kladen větší důraz na mazání nebo na chladicí účinek. Obecně platí, že mazání je v popředí u velkých průřezů třísek a nízkých řezných rychlostí a rovněž u operací, kde jsou vysoké požadavky na jakost povrchu. Vydatný odvod tepla je nezbytný především při vysokých řezných rychlostech a vysokých požadavcích na rozměrovou přesnost obrobků.

Výše uvedené hlavní i vedlejší funkce kapaliny mohou zajistit emulze o/v, tedy mikroskopické kapky oleje rozptýlené ve vodě, nebo kapaliny na bázi vodného roztoku neobsahující olej nebo řezné oleje nemísitelné s vodou. Vedle toho se používá i obrábění bez kapaliny, to znamená zasucha, a též mazání minimálním množstvím maziva, tzv. mikromazání. Největší chladicí a vyplachovací účinek mají procesní kapaliny mísitelné s vodou, protože ta má ve srovnání s olejem několikanásobně vyšší tepelnou vodivost i měrné teplo.

  1. Obráběcí stroj – obrobek – procesní kapalina

V tribologickém systému, jehož prvky jsou obrobek, obráběcí stroj/nástroj a procesní kapalina, se všechno „točí“ kolem obrobku. Především na základě použitého materiálu a potřebných výrobních operací je nutno vybírat zbývající dva prvky tak, aby co nejdokonaleji plnily všechny požadované funkce.

Použitý materiál obrobku, jeho pevnost, houževnatost, obrobitelnost a stabilita samozřejmě ovlivňují nejen výběr obráběcích strojů a používaných nástrojů, ale také výběr procesní kapaliny. Také výrobní operace potřebné pro opracování použitého polotovaru a materiálu do konečného tvaru a stavu výrobku mají klíčový význam pro výběr obráběcích strojů a používaných nástrojů i pro výběr procesní kapaliny.

Vždy je snaha výrobních závodů používat co nejuniverzálnější stroje, ale to samozřejmě není možné vždy. Výsledkem proto obvykle bývá směs univerzálních a speciálních strojů. Ovšem v případě procesní kapaliny bývá (především z logistických důvodů) výrazná snaha používat jedinou kapalinu. Přesto někdy nastávají situace, kdy je kvůli speciálním operacím anebo kvůli nekompatibilním materiálům nutno pro takové případy používat kapalinu speciální.

Procesní kapalina je důležitou součástí stroje, protéká jím a při plnění svých základních funkcí smáčí nejen nástroj a obrobek, ale také většinu jeho vnitřních povrchů. Systém pro oběh obráběcí kapaliny je otevřený, a proto se do něj z okolí dostávají nejrůznější cizí látky, které mají nepříznivý vliv na stabilitu a životnost kapaliny. Aby bylo jejich nežádoucí působení co nejmenší, je třeba tyto nečistoty co nejrychleji a co nejdokonaleji z kapaliny vhodným zařízením odstraňovat.

V podstatě každý obráběcí stroj by měl mít takové zařízení jako součást svého příslušenství pro oběh procesní kapaliny. Hodnota takového kvalitního systému pro oběh kapaliny bývá cca 20 až 25 % hodnoty stroje. Jenže z úsporných důvodů bývají jeho možnosti omezeny jen na ty nejzákladnější funkce, nejčastěji pouze na dopravu třísek mimo obráběcí prostor, někdy jsou doplněny o odstraňování malých částic filtrací nebo magnetickou separací, jindy o separátor oleje. Výsledkem je samozřejmě nedokonalá funkce a narůstající znečištění kapaliny, které je nutno odstraňovat náhradními způsoby.

Specializovaní dodavatelé nabízejí různá dodatečná speciální zařízení pro dokonalé čištění kapaliny od různých druhů nečistot a pro její údržbu. Taková zařízení jsou obvykle určena pro trvalé připojení k obráběcímu stroji a stávají se jeho součástí, ale existují i mobilní zařízení, která se používají a ke strojům připojují krátkodobě.

Pokud není stroj vybaven zařízením pro dokonalé čištění kapaliny, je třeba volit alternativní cesty, jak nečistoty z kapaliny co nejrychleji a co nejdokonaleji odstraňovat. Zde se otevírá široké pole působnosti jak pro vlastní pracovníky, operátory i údržbáře, tak pro společnosti specializované na čištění strojů a systémů. Nevýhodou vlastních pracovníků je většinou jejich malá praxe v této činnosti a chybějící technické vybavení, předností je dobrá znalost stroje. Předností externích společností bývají naopak právě bohaté zkušenosti a specializované technické vybavení, což jim umožňuje dosahovat dokonalejších výsledků.

  1. Údržba obráběcích kapalin a tribodiagnostika

Obráběcí kapaliny na bázi vody jsou mnohem oblíbenější a asi třikrát rozšířenější než obráběcí oleje. Jednak proto, že ve většině případů je hlavním důvodem použití procesní kapaliny spíše účinný odvod tepla a odstraňování třísek než dobré mazání, a dále také pro řadu dalších příznivých vlastností, které těmto kapalinám dává jejich základní složka – voda. Jenže voda je také životním prostředím nejrůznějších mikroorganismů, které se všude v životním prostředí vyskytují. Protože systém oběhu obráběcí kapaliny je otevřený, přichází kapalina do intenzivního styku s okolním prostředím a může se do ní dostávat velké množství mikroorganismů, které ve vodním prostředí vegetují. Nejen mikroorganismy, ale také nejrůznější druhy pevných i kapalných látek tvoří znečištění obráběcích kapalin, které časem narůstá a svým negativním působením zkracuje životnost obráběcí kapaliny na zlomek technicky dosažitelné doby. O to větší význam má kvalitní provozní péče o tyto kapaliny podpořená a podložená tribotechnickou diagnostikou. Tato péče by měla být strukturována do tří úrovní:

  1. každodenní základní péče;
  2. pravidelný odborný dohled;
  3. specializovaná podpora při řešení problémů.

Každodenní základní kontrola procesní kapaliny by měla být nedílnou součástí každodenních rutinních činností operátora stroje. Ten by měl vědět o stroji i o kapalině nejvíc a měl by znát i vzájemné souvislosti, což mu usnadní správně diagnostikovat jednotlivé veličiny/stavy a pak správně provádět adekvátní činnosti při péči o kapalinu.

Diagnostiku na této úrovni můžeme pojmenovat jako „senzorickou diagnostiku“, protože operátorovi stroje stačí jeho smysly – zrak a čich. Hodnotí se vzhled, množství a zápach provozované kapaliny v zásobní nádrži i v systému a jsou porovnávány se vzhledem a zápachem nové kapaliny. Výsledkem je slovní hodnocení stavu a rozhodnutí, zda je kapalina v pořádku.

Pravidelný odborný dohled – jak lze z názvu odvodit, péči o kapalinu na této úrovni by měl provádět pracovník s hlubšími odbornými znalostmi o kapalině, o jejích vlastnostech, o významu diagnostikovaných veličin. Nejedná se o každodenní činnost, ale opakování by mělo být tak časté, aby bylo možno včas zachytit zhoršení parametrů a reagovat na to nápravným opatřením údržby kapaliny.

V případě kapalin mísitelných s vodou se provádí stanovení koncentrace a hodnoty pH. To je důležitou zvláštností při péči o kapaliny na bázi vody, neboť správná koncentrace je zásadní nejen pro správnou funkci, ale i pro stabilitu kapaliny; správná hodnota pH ukazuje, že kapalina je v dobrém stavu. Je tedy zřejmé, že jde o klíčové parametry, které přímo ukazují na stav kapaliny. Protože k tomu potřebujeme jednoduché přístroje, můžeme hovořit o „instrumentální diagnostice“. Frekvence těchto měření by měla být volena tak, aby byly včas zachyceny odchylky od správného stavu. Obvykle se doporučuje týdenní interval, ale podle místních podmínek a množství doplňované kapaliny to může být i dvakrát za týden nebo jednou za dva týdny.

Specializovaná podpora při řešení problémů – tato úroveň navazuje na obě nižší skupiny a používá se jen v případě potřeby, většinou tedy nepravidelně, jen pokud je některý ze základních parametrů vyhodnocen jako nevyhovující a je třeba podrobněji ověřit stav kapaliny. Používají se metody „speciální diagnostiky“, které vyžadují speciální laboratorní vybavení a odborný personál. Pokud nemá uživatel laboratoř s potřebným vybavením pro jiné účely, bývá hospodárnější využití externí specializované laboratoře, např. dodavatele obráběcích kapalin. Rozhodování o tom, které rozbory je třeba provést, by měl provádět odborný pracovník, který o kapaliny soustavně pečuje a dobře zná jejich historii.

Úkolem tribotechnické diagnostiky je zjistit, jaký je stav kapaliny, a na jeho základě určit, jaká opatření údržby je třeba provést, aby se kapalina vrátila do optimálního stavu – tak je možno výrazně prodloužit životnost a snížit náklady. Správně zvolené zásahy preventivní nebo ještě lépe proaktivní údržby prováděné vždy ve správném okamžiku využívají závěry diagnostiky pro plánování zásahů.

  1. Závěr

Správně zvolená obráběcí kapalina výrazně přispívá k dosahování nízkých provozních nákladů a současně k optimální výkonnosti a jakosti při obrábění nejrůznějších konstrukčních materiálů.

Správně promyšlená strategie provozní péče o obráběcí kapalinu je tou nejlepší cestou k dosahování minimálních celkových nákladů, optimálního prostředí na pracovišti a maximální výkonnosti obráběcího stroje.

Použitá literatura

  • Mang, T. – Dresel, W. (Eds.): Lubricants and Lubrication, 2nd Ed., WILEY-VCH Verlag GmbH&Co, 2007
  • Kačmár, M.: Nová teória chemického mechanizmu obrábania, TechMagazín, říjen 2016, s. 62–63

Informace o autorovi

Ing. Petr Dobeš, CSc., tel.: 737 860 070, e-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., TRIBO-kontakt Brno, Dufkovo nábřeží 200/22, 619 00 BRNO, Česká republika

Recenzent

Ing. Růžička Pavel, Ph.D., TOTAL ČR s. r. o., Praha; osoba certifikovaná na funkci Technik diagnostik tribodiagnostik –Kategorie III

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz