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金属切削加工中的可持续发展:刀柄扮演着什么角色?

着眼于整个工艺流程

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金属切削加工中的可持续发展:刀柄扮演着什么角色?


可持续发展的考量在当下是非常时髦的。金属切削加工及为其服务的设备也都没有例外。单独的元素_例如刀柄就经常会被考虑到。尽管如此,如果您真地想实现可持续发展,您不应该过于聚焦于这些细节,否则,您可能会遗漏掉整个工艺流程中的关键因素。

可持续发展对我们来说是一个越来越重要的话题。资源有限,能源越来越昂贵。在评估可持续性时,重要的是不要过于狭隘地只关注产品,还要考虑环境_产品生命周期和产品生产的整个过程。

机械加工的可持续性如何?
金属加工有许多方面。根据材料、部件几何形状和数量的差异,可使用不同的机器、刀具和夹紧装置。还必须考虑外部因素,如生产地点、员工技能水平和自动化的程度。根据具体情况,在众多不同的制造方式中可以寻找到最佳、最经济、最可持续的解决方案。在这里很难不把苹果和桔子作比较。

如何衡量可持续性?除了使用过的材料外,能源效率可能是决定可持续过程的主要影响因素。因此,一个最重要的方法是寻找能源消耗最多的节点并优化它们的使用。

机床具有节约潜力
在机械加工中,消耗能源最多的无疑是机床,它的主轴和各轴驱动器、外围设备和辅助设备(如冷却、润滑或压缩空气供应)消耗了大部分能源。

在购买新机器时,用户可以通过关注节能部件来显著降低能源消耗。刀柄技术的市场领导者_翰默集团董事总经理兼总裁Andreas Haimer解释道:“我们在自己的生产中已经了解到,将旧的加工中心机床更换为新的加工中心,使用相同的加工工艺所需的能源减少了约30%。”他补充了另一个基本因素:“作为一个家族企业,我们非常关注可持续性。例如,我们从德国本土采购刀具原材料,多年来一直使用可再生能源发电,并投资于太阳能系统和绿色基础设施。在上一财政年度,我们共投资了100多万欧元,一年减少了250多吨二氧化碳的排放。”

回到机械加工领域,并不是每个旧的加工中心都能立刻被新的加工中心取代。在加工过程中也可以节省开支,例如通过使用CAD/CAM优化的加工策略,如摆线铣削。Andreas Haimer有一个具体的例子:“一位客户向我们提供了数据,说明与使用面铣刀进行加工相比,他如何使用我们的HAIMER 强力型热缩刀柄和HAIMER MILL立铣刀进行摆线铣削,将每个零件的加工时间从71分钟缩短到18分钟,缩短了75%。加工策略的改变伴随着能耗显著降低。在用面铣刀进行的传统加工中,加工10个零件时主轴的负载为80-85%,导致总能耗成本约为150欧元,主轴负载为8-10%的摆线铣削策略和显著缩短的机器运行时间将10个零件总能耗成本降低到5欧元。这反过来意味着产量更高,每生产一个零件的能耗更低_这就是我所说的可持续和高效。"

刀柄的可持续性:一种整体方法
如果您审视整个工艺链,您有没有想过刀柄如何为可持续发展做出贡献?考虑到加工中心机床的平均能耗约30kW,加上液压和气动装置、自动化设备和机器人的功率,刀柄只起次要作用。这是因为刀柄是一个相对较小的细节,即使用热缩刀柄的夹紧过程也仅消耗了少量的能源。

对比其他夹紧系统,热缩刀柄夹持过程中的能耗消耗在使用中高于液压或铣削刀柄。但如果您看看刀柄的整个产品生命周期,包括生产、维护和处置,就会看到一幅完全不同的画面。

液压刀柄的生产由于其更复杂的结构而需要明显更多的时间和能耗。除了对单个部件进行高精度加工外,还有膨胀套的焊接、防止焊点断裂的额外热处理,以及清洁、组装和加注油料。Andreas Haimer解释道:“根据我们的经验,生产液压刀柄所需的能耗大约是热缩刀柄的三倍。”除了热缩刀柄,我们的广泛产品系列中也有液压刀柄,由于生产过程复杂,它们的标价比热缩刀柄高出两到三倍。它们是某些加工应用场景中较好的解决方案,然而,它们的可持续性并不高。我们的分析表明,液压刀柄的制造所需能耗比热缩刀柄多约25千瓦时。相反,就产品生命周期而言,这意味着每个加热和冷却循环所需能耗为0.026千瓦时的热缩刀柄,在需要比您的液压刀柄消耗更多的能量之前就可以多加热和冷却近1000次。“这同样适用于铣削刀柄,它要复杂得多,包含更多的部件以及需要更多的润滑脂和润滑剂。

生命周期和过程可靠性至关重要
除了制造成本增加之外,在维护方面也存在差异。由于翰默HAIMER热缩刀柄采用高品质的耐热工具钢,翰默热缩刀柄是免维护的,结合翰默线圈和热缩机的专利技术,它们可以近乎无限次地装拆刃具,而液压刀柄和铣削刀柄每2-3年必须返回制造商,以检查夹紧力,润滑夹紧螺钉或给系统补充润滑脂,并因磨损对刀柄进行定期维护。上述刀柄中所含的液压油或润滑脂也使日常使用中的废弃物处理比不含任何额外部件的热缩刀柄更困难。除了寿命周期外,它们在工艺可靠性方面也存在显著差异:在机械加工过程中发生干加工或冷却不足的情况下,液压刀柄会因温度升高而造成液压腔爆裂的风险,包括刃具被拔出和报废的风险。在这方面,热缩刀柄更坚固耐用;如果您想完全消除刃具被拔出的风险,翰默安全锁系统可作为热缩刀柄的选项,以实现100%的安全性。

透视能源消耗
在热缩过程中,能耗究竟是如何计算的呢?用目前的翰默HAIMER热缩机加热热缩刀柄大约需要5秒。有经验的用户可以在一次操作中取出磨损的刃具和装入新的刃具。因此,刀柄只被加热和冷却一次。具有专利NG线圈的翰默HAIMER Power Clamp热缩机的最大输出功率为13千瓦,但平均输出功率为8千瓦。这意味着一个完整的加热过程消耗约0.011千瓦时。除此之外,冷却消耗约0.015千瓦时,翰默HAIMER设备最多可以同时冷却五个刀柄,但能耗是几乎一样的。在最极端的状况下,整个过程的总电量消耗为0.026千瓦时。如果一千瓦时的成本为20欧分,那么加热和冷却刀柄的成本仅为0.5欧分。

在考虑加工过程时,应如何对能耗进行分类,在加工过程中,带有所有辅助装置的加工中心机床的功耗约为30kW。假设一个刀具使用大约1小时,由于热缩刀柄的高同心度和高刚性,或者由于外形轮廓纤细而改进了铣削策略,即使只节省了1%的加工时间,也将节省0.3千瓦时的能源。这大约是用于一次热缩的能耗的11倍。

Andreas Haimer总结道:“与生命周期、工艺可靠性和加工策略等问题相比,每个热缩夹持过程的能耗显得微不足道。现代CAD/CAM优化的铣削策略可以节省75%的加工时间。如果工艺师们想要可持续和高效,他们必须专注于这些工艺的改进。第二步,他们应该为这些工艺选择最合适和工艺可靠的刀柄。”




金属切削加工中的可持续发展:刀柄扮演着什么角色?
翰默的可持续发展
2023年,翰默在绿色基础设施方面投资超过100万欧元。此外,太阳能系统被扩展到翰默的其他建筑,并被转换为LED照明。这将每年减少排放250多吨二氧化碳。


金属切削加工中的可持续发展:刀柄扮演着什么角色?
Andreas Haimer与新型混合刀柄
翰默集团总裁Andreas Haimer拿着新的混合型刀柄:“我们有各种不同的刀柄。其中包括许多不同的热缩刀柄,也包括液压刀柄。在EMO上,我们推出了世界上第一款翰默HAIMER混合型刀柄。它将液压刀柄的减振特性与热缩刀柄的高精度、高性能相结合,为加工过程更高效和可持续提供了许多可能性。"



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