Důraz na hledání cest k udržitelnosti roste a strojírenství není výjimkou. Potenciál se často skrývá i ve zdánlivě méně podstatných částech, jakou je např. upnutí nástroje, důležité je však pohlížet na jejich výhody v kontextu celého životního cyklu.
Při snaze o udržitelnost je důležité zvážit celý životní cyklus výrobku a celý proces, do něhož je integrován. Strojní zpracování kovů má přitom mnoho aspektů. V závislosti na materiálu, geometrii součásti a množství se používá široká škála strojů, nástrojů a upínacích zařízení. Zohlednit je třeba také externí okolnosti, jakými jsou místo výroby, kvalifikace zaměstnanců či možná automatizace. Existuje mnoho různých výrobních možností v závislosti na individuálních potřebách, ekonomice a právě i na udržitelnosti.
Jak se měří udržitelnost
Kromě materiálů je pravděpodobně hlavním faktorem udržitelnosti energetická účinnost. Proto je potřeba hledat především největší „odběratele“ energie a optimalizovat jejich využití. Při obrábění je nepochybně nejvýznamnějším „odběratelem“ — spotřebitelem většiny energie — CNC centrum s jeho vřetennými a osovými pohony, periferiemi a pomocnými jednotkami pro chlazení, mazání nebo zdroj stlačeného vzduchu. Při nákupu nových strojů může uživatel výrazně snížit spotřebu tím, že bude dbát na energeticky úsporné komponenty. „Ve vlastní výrobě jsme zjistili, že nahrazení starého obráběcího centra novým, které používá stejný obráběcí proces, vyžaduje asi o 30 % méně energie,“ dělí se o praktické zkušenosti z provozu Andreas Haimer, generální ředitel a prezident skupiny Haimer specializující se na technologie upínání nástrojů. A přidává: „Jako rodinný podnik věnujeme udržitelnosti velkou pozornost. Například naše ocel na nástroje pochází z Německa. Již několik let používáme elektřinu výhradně z obnovitelných zdrojů a investujeme do solárních energetických systémů a zelené infrastruktury. V minulém finančním roce jsme celkem investovali více než milion eur a ušetřili víc než 250 t CO2 za rok.“ Ne každé starší obráběcí centrum je ovšem nahraditelné novým. Úspory lze ale dosáhnout také v samotném obráběcím procesu, např. použitím CAD/CAM optimalizovaných strategií obrábění, jako je trochoidní frézování. „Zákazník nám poskytl údaje o tom, jak dokázal díky trochoidnímu frézování snížit čas obrábění o 75 %, ze 71 na 18 minut na kus, oproti obrábění čelní frézou. Změna strategie obrábění byla doprovázena úsporami energie díky jejich výrazně nižší spotřebě. Zatížení vřetena činilo 80—85 % při běžném obrábění čelní frézou a pro 10 dílů znamenalo celkové energetické náklady kolem 150 eur. Strategie trochoidního frézování se zatížením vřetena 8—10 % a výrazně kratší dobou běhu stroje přitom snížila energetické náklady pro stejný počet dílů na celkovou částku 5 eur,“ uvádí konkrétní příklad, tentokrát ze zkušeností zákazníka.
Holistický přístup
Jak jsme už uvedli, Haimer je specialistou na upínání nástrojů, tedy prvků, které v obráběcím procesu, při kterém např. frézovací stroj spotřebovává průměrně kolem 30 kW bez započtení energií hydraulických a pneumatických zařízení, automatizace a robotů, hrají z energetického pohledu jen vedlejší, malou roli. Pokud se však podíváme na celý životní cyklus upínače zahrnující i jeho výrobu, údržbu a likvidaci, objeví se úplně jiný obraz. Kupř. výroba hydraulického upínáku totiž vyžaduje výrazně více úsilí a energie kvůli složitější konstrukci: vysokou přesnost obrábění komponent, nutné pájení rozšiřovacího pouzdra, dodatečné tepelné zpracování pro zamezení prasknutí pájeného spoje, stejně jako úsilí potřebné k čištění, montáži a plnění olejem. „Z našich zkušeností je energie potřebná k výrobě asi 3× vyšší než u tepelného upínače,“ vysvětluje Haimer s tím, že kvůli komplexnímu výrobnímu procesu jsou hydraulické upínače v jejich portfoliu i 2× až 3× dražší než upínače tepelné. „Jsou správným řešením pro určité aplikace, nicméně nejsou udržitelnější. Naše analýzy ukázaly, že hydraulický upínač vyžaduje při výrobě přibližně o 25 kWh více energie než upínač tepelný. Tepelný upínač s energetickým požadavkem 0,026 kWh na nahřátí a zchlazení tak může být upnut téměř 1 000×, než spotřebuje více energie než upínač hydraulický.“ Totéž platí pro frézovací upínače, které jsou mnohem složitější a obsahují více komponentů a tuků a maziv.
Životní cyklus a spolehlivost
Kromě zvýšených výrobních nákladů je rozdíl také v údržbě. Zatímco tepelné upínače bývají díky mimořádné kvalitě vysokoteplotní nástrojové oceli a ve spojení s patentovanou technologií cívky a tepelnými přístroji Haimer bezúdržbové, mohou být nahřáty a zchlazeny v neomezeném počtu cyklů, hydraulické a frézovací upínače se musí nejpozději každé 2—3 roky vracet k výrobci na kontrolu upínací síly, promazání a pravidelnou údržbu kvůli opotřebení. Hydraulická kapalina nebo mazivo oproti tepelným upínačům, které je neobsahují, navíc komplikuje ekologickou likvidaci. Kromě životního cyklu jsou zde také významné rozdíly ve spolehlivosti procesu: v případě suchého obrábění nebo nedostatečného chlazení v obráběcím procesu představují hydraulické upínáky riziko prasknutí upínacích komor z důvodu vysokého tepelného přenosu, včetně rizika vytahování nástroje a vadného výsledného kusu. Tepelné upínače jsou v tomto ohledu odolnější a robustnější. Při potřebě úplné eliminace rizika vytahování nástroje je k dispozici systém Haimer Safe-Lock.
Spotřeba energie
Ohřátí současných tepelných upínačů Haimer trvá přibližně 5 s. Zkušení uživatelé přeupnou opotřebovaný řezný nástroj za nový během jediné operace. Upínač je tedy ohříván a chlazen pouze jednou. Maximální výkon tepelného přístroje Haimer Power Clamp s patentovanou cívkou NG činí sice 13 kW, ale průměrný výkon dosahuje 8 kW. Jeden kompletní proces nahřátí tak spotřebuje kolem 0,011 kWh. K tomu chladicí agregát spotřebuje cca 0,015 kWh. Zařízení Haimer však může chladit až pět upínačů současně s téměř stejnou spotřebou energie — při plné zátěži cca 0,026 kWh pro celý proces. Pokud tedy za kilowatthodinu zaplatíte 5 Kč, nahřátí a zchlazení nástroje stojí marginálních 13 haléřů. Z pohledu zvyšování celkové udržitelnosti jsou tedy, podle mínění Andrease Haimera, i přes mírně vyšší energetickou spotřebu během provozu tepelné upínače výrazně ekologičtější cestou. /HK/
