Kæmpe potentiale ved regulering af køleprocessen i bearbejdningsmaskiner

Kølesmøremidlers indflydelse på energiforbrug ved bearbejdning
Forskning har vist at op mod 60% af CNC-maskiners energiforbrug er knyttet til køleprocessen. I ELFORSK-projektet ”Cost of Coolant” ønsker Forsknings- og udviklingscenter, DAMRC, med støtte fra ELFORSK at udforske det strømbesparende potentiale ved regulering af køleprocessens tryk og flow i CNC-bearbejdningsmaskiner - uden negativ påvirkning af værktøjsslid, geometri, overfladekvalitet og arbejdsmiljø.

Kæmpe potentiale
Potentialeafdækning har vist at den danske maskinpark består af ca. 15.000 CNC-bearbejdningsmaskiner. Af disse estimeres at ca. 750 maskiner allerede kan trykjustere sin dosering af kølesmøremiddel. Hvis de 750 maskiner gennemsnitlig kan reducere energiforbruget med 25% kan der årligt bespares 1,67 GWh eller 4,2 mio. kr.  (Forudsat en kWh pris på 2,5 kr.) på et nationalt plan. Samtidig vil besparelsen i energiforbrug betyde en reduktion af CO2 udledning på ca. 485 tons.

Forsøgene viser store energibesparelser op mod 30%
Der er gennemført eksperimentelle bearbejdningsforsøg med indvendig køling gennem spindlen i tre materialer; aluminium, stål og rustfrit stål. Ved en gradvis trykreduktion fra 40bar til 18bar har forsøgene vist, at det samlede energiforbrug kan reduceres op til 25% på den enkelte maskine. Endvidere har forsøgene også vist at maskiner, som ikke har trykjusteringsmuligheder, vil fysisk begrænsning, ved halvering af flowgennemstrømningen, kunne reducere energiforbruget væsentlig - op mod 30%.

Forbedret arbejdsmiljø
Ved at reducere kølesmøremiddeltrykket kan man forbedre maskinoperatørens helbredsbetingelser. Ved en trykreduktion fra 40 bar til 18 bar har DAMRC, sammen med AVS Danmark målt en tendentiel reduktion i mængden af partikler på ca. 40% for 10mμ partikler og på ca. 30% for 1mμ partikler. Det betyder færre olietåger- og røg i luften.

Bearbejdningskvalitet er bevaret
Der er IKKE observeret negative tendentielle effekter på testemnerne som følge af reduceret tryk og flow på overflade kvalitet og geometri. Inspektion af værktøjer og spåner har vist stigende tendens til udfordringer med spånafledning ved lommefræsning af stål og rustfrit stål under 25 bars tryk.

Fakta om forsøgsopstillingen
Forsøgene er gennemført ved bearbejdning af et specifikt testemne, hvor én endefræser er benyttet til samtlige operationer pr. testemne. Testene er gennemført i tre materialer, AW6082, S275 og AISI304, hvor der er testet 12 forskellige tryk- og flowindstillinger pr. materiale.

Bearbejdningen er gennemført som dynamisk fræsning, programmeret med SolidCam iMachining. Der er benyttet Hocut 4940 kølesmøremiddel (8%), samt endefræsere fra Sandvik Coromant.

Forsknings- og udviklingscenter, DAMRC, er projektleder og du kan hente slutrapporten for projektet.