Hållbarhet inom maskinbearbetning: Vilken roll spelar hållande verktyg?

Hålla ett öga på hela processen.

Hållbarhetsfrågor är ständigt återkommande. Maskinbearbetning och den utrustning som används för detta är inget undantag. Enskilda element - som hållande verktyg- beaktas ofta. Men om du verkligen villl agera hållbart bör du inte fokusera för mycket på sådana detaljer, aninars kan du missa fördelar i den övergripande processen.

Hållbarhet är ett ämne som med rätta blir allt viktigare för oss. Resurserna är begränsade och energin blir allt dyrare. Vid utvärdering av hållbarhet är det viktigt att inte fokusera för snävt på en produkt, utan att också ta hänsyn till miljön - produktens livscykel och hela den process i vilken produkten integreras.

Hur ser hållbarhet ut inom maskinbearbetning?
Metallbearbetning har många aspekter. Beroende på material, komponentgeometri och antal används en mängd olika maskiner, verktyg och spännanordningar. Yttre omständigheter som produktionsplats, medarbetarnas kvalifikationer och eventuell automatisering måste också tas med i beräkningen. Det finns många olika tillverkningsalternativ som kan vara den bästa, mest ekonomiska och mest hållbara lösningen beroende på det enskilda fallet. Det är svårt att inte jämföra äpplen med päron här.
Hur mäts hållbarhet? Bortsett från de material som används är energieffektivitet förmodligen den viktigaste faktorn som avgör en hållbar process. Ett lovande tillvägagångssätt är därför att leta efter de största förbrukarna och optimera deras användning.

Verktygsmaskinen erbjuder besparingspotential
VD och Vid bearbetning är detta utan tvekan verktygsmaskinen, som förbrukar merparten av den energi som används med sin spindel- och axeldrivning, kringutrustning och hjälpenheter som kylning, smörjning eller tryckluftsförsörjning.

Vid inköp av nya maskiner kan användaren avsevärt minska förbrukningen genom att uppmärksamma energibesparande komponenter. Andreas Haimer, koncernchef för HAIMER Group, marknadsledande inom verktygshållningsteknik, förklarar: "I vår egen produktion har vi lärt oss att det krävs cirka 30 procent mindre energi för att ersätta ett gammalt bearbetningscenter med ett nytt som använder samma bearbetningsprocess." Han tillägger en annan grundläggande faktor: "Som familjeföretag ägnar vi stor uppmärksamhet åt hållbarhet. Vi köper till exempel vårt stål för verktyg från Tyskland, använder sedan flera år tillbaka uteslutande el från förnybara energikällor och investerar i solenergisystem och grön infrastruktur. Under det senaste räkenskapsåret investerade vi totalt över en miljon euro och sparade över 250 ton CO2 per år."
Tillbaka till maskinerna, där inte alla äldre bearbetningscenter kan ersättas med ett nytt. Besparingar kan också göras i bearbetningsprocessen, till exempel genom att använda CAD/CAM-optimerade bearbetningsstrategier som trokoidal fräsning. Andreas Haimer har ett konkret exempel: "En kund gav oss data om hur han kunde minska bearbetningstiden med 75 procent från 71 minuter till 18 minuter per detalj genom trokoidal fräsning med våra HAIMER Power shrink fit-chuckar och HAIMER MILL-fräsar jämfört med bearbetning med en planfräs. Förändringen av bearbetningsstrategin åtföljdes av energibesparingar på grund av betydligt lägre strömförbrukning. Medan spindelbelastningen var 80-85% för 10 detaljer vid konventionell bearbetning med en planfräs, vilket resulterade i totala energikostnader på cirka 150 euro, minskade den trokoida frässtrategin med en spindelbelastning på 8-10% och betydligt kortare maskintid energikostnaderna till totalt 5 euro för 10 detaljer. Detta innebär i sin tur en högre produktion med lägre energiförbrukning per producerad detalj - det är vad jag kallar hållbart och effektivt."

Hållbarhet i verktygsinnehav: Ett holistiskt tillvägagångssätt
Om du tittar på hela processkedjan, har du någonsin funderat på hur en verktygshållare kan bidra till hållbarhet? Med tanke på en bearbetningsprocess där fräsmaskinen förbrukar i genomsnitt cirka 30 kW, plus kraften från hydrauliska och pneumatiska anordningar, automationsutrustning och robotar, spelar verktygshållaren bara en underordnad roll. Detta beror på att verktygshållaren är en förhållandevis liten detalj, även om fastspänningsprocessen med en krympchuck förbrukar en marginell mängd energi.
Om man tittar på andra fastspänningssystem är energiförbrukningen vid krympning högre vid operativ användning än med en hydraulisk chuck eller fräschuck. Om man tittar på hela produktlivscykeln för en verktygshållare, vilket inkluderar produktion, underhåll och kassering, framträder en helt annan bild.

Tillverkningen av en hydraulisk chuck kräver betydligt mer ansträngning och energi på grund av dess mer komplicerade struktur. Förutom högprecisionsbearbetning av enskilda komponenter tillkommer lödning av expansionshylsan, ytterligare värmebehandling för att förhindra att lödfogen går sönder, samt den ansträngning som krävs för rengöring, montering och oljepåfyllning. "Enligt vår erfarenhet är den energi som krävs för produktion cirka tre gånger så hög som för krympchucken", förklarar Andreas Haimer. "Förutom krympchuckar har vi även hydraul chuckar i vår omfattande portfölj, även om deras listpriser är två till tre gånger högre än för krympchuckar på grund av den komplexa produktionsprocessen. De är den rätta lösningen för vissa tillämpningar. Men de är inte mer hållbara. Våra analyser har visat att en hydraul chuck kräver ca 25 kWh mer energi att tillverka än en krympchuck. Omvänt, sett till produktens livscykel, innebär det att en krympchuck med ett energibehov på 0,026 kWh per krymp- och kylcykel kan krympas nästan 1 000 gånger innan den kräver mer energi än en hydraul chuck." Detsamma gäller fräschuckar, som är mycket mer komplicerade och innehåller fler komponenter samt fett och smörjmedel.

Livscykel- och processtillförlitlighet är avgörande
Förutom de ökade tillverkningskostnaderna finns det också en skillnad när det gäller underhåll. Medan Haimers krympchuckar är underhållsfria tack vare den särskilt höga kvaliteten på det varmbearbetade verktygsstålet och, i kombination med Haimers patenterade spol- och krympmaskins teknologi, kan krympas in och ut ett obegränsat antal gånger, måste hydraul chuckar och fräschuckar returneras till tillverkaren senast vart 2-3 år för kontroll av klämkraften, smörjning av klämskruven eller smörjning av systemet samt regelbundet underhåll av chucken på grund av förslitning. Den inbyggda hydraul vätskan eller fettet gör också miljövänlig avfallshantering svårare än med krympchuckar, som inte innehåller några ytterligare komponenter. Förutom livscykeln finns det också betydande skillnader när det gäller processäkerhet: vid torrbearbetning eller otillräcklig kylning i bearbetningsprocessen riskerar hydraul chuckar att spännkamrarna spricker på grund av den höga värmeutvecklingen, inklusive verktygsutdragning och risk för skrot. Krympchuckar är mer robusta och hållbara i detta avseende; om du helt vill eliminera risken för verktygsutdrag finns Haimers Safe-Lock-system tillgängligt som tillval för krympchuckar för 100 % säkerhet.

Energiförbrukning i perspektiv
Men hur beräknas egentligen energiförbrukningen under krympningsprocessen? Att värma upp en krympchuck tar cirka 5 sekunder med en HAIMER krympmaskin. Erfarna användare krymper ett slitet skärverktyg och krymper ett nytt skärverktyg i en enda operation. Verktygshållaren värms och kyls därför bara en gång. Den maximala effekten för en HAIMER Power Clamp-krympmaskin med den patenterade NG-spolen är 13 kW, men genomsnittet är 8 kW. Det innebär att en enda, komplett krympningsprocess förbrukar cirka 0,011 kWh. Utöver detta förbrukar kylningen cirka 0,015 kWh - trots att Haimers enheter kan kyla upp till fem hållare parallellt och samtidigt med nästan samma energiförbrukning. I värsta fall resulterar detta i en total förbrukning på 0,026 kWh för hela processen. Om en kilowattimme kostar 20 cent, kostar krympning och kylning av ett verktyg marginella 0,5 cent.
Och hur ska energiförbrukningen klassificeras när det gäller bearbetningsprocessen, där effektförbrukningen för en fräsmaskin med alla hjälpmotorer är cirka 30 kW? Om man antar att ett verktyg används i ca 1 timme och att även bara en ptocent av bearbetningstiden kan sparas in tack vare den höga koncentriciteten och styvheten eller de förbättrade frässtrategierna på grund av den smala konturen, skulle det innebära 0,3 kWh sparad energi. Det är ungefär 11 gånger den mängd energi som används för krympning.
Andreas Haimer sammanfattar: "Energiförbrukningen per fastspänningsprocess spelar emförsümbar roll jämfört med frågorna om livscykel, processtillförlitlighet och bearbetningsstrategi. Moderna CAD/CAM-optimerade frässtrategier kan spara 75 procent av bearbetningstiden. Maskinoperatörer måste fokusera på sådana förbättrade processer om de vill vara hållbara och produktiva. Och i ett andra steg bör de välja den mest lämpliga och procesståliga verktygshållaren för dessa strategier."



Hållbarhet hos HAIMER
Under 2023 investerade HAIMER mer än en miljon euro i grön infrastruktur. Bland annat har solenergisystemet utvidgats till andra byggnader och konverterats till LED-lampor. Detta kommer att spara mer än 250 ton CO2 per år.



Andreas Haimer med ny hybridchuck
Andreas Haimer, VD för HAIMER Group, med en ny hybridchuck: "Vi har ett mycket brett utbud av olika verktygshållare. Dessa inkluderar många olika krympchuckar, men även hydrauliska chuckar. På EMO presenterade vi en världsnyhet med HAIMER Hybrid Chuck. Den kombinerar de vibrationsdämpande egenskaperna hos en hydraul chuck med dem hos en högpresterande krympchuck med hög precision, vilket öppnar upp många möjligheter att göra bearbetningsprocessen ännu mer effektiv och hållbar."

  Mer information…