EKOLOGIA W PRZEMYŚLE – rozwiązania sprzyjające ochronie środowiska w obróbce CNC

Dariusz Wódz
14 czerwiec 2021
Kategoria:

Ekologia w przemyśle, to wyzwanie które jest tak ważne i szerokie, jak sama ekonomika produkcji. Nie kończy się na zarządzaniu odpadami, przetwórstwie odpadów i stosowaniu ekologicznych środków produkcji. To także dążenie do doskonałości produkcji, a więc dążenie do jak najlepszego wykorzystania zasobów, surowców, energii i czasu, to także jakość, żywotność środków produkcji, a nawet zużycie dokumentacji papierowej, selekcja odpadów, czy recykling.

 

Często da się odczuć, iż rynek maszynowy, a w szczególności rynek obróbki metali, nie traktowany jest jako najważniejszy, delikatnie rzecz ujmując i to na całym świecie, zarówno pod względem oczekiwań społecznych, środowiskowych, marketingowym, czego dowodzi bardzo małe wyodrębnienie, z pozostałych gałęzi przemysłu, nie traktując przetwórstwa metalowego jako obszaru wyjściowego dla każdej pozostałej branży przemysłowej, czym faktycznie jest.

Dlatego też, mając na uwadze potrzeby rynku, oraz brak precyzyjnych sugestii, w szczególności w kwestiach inwestycyjnych, wspólnie z firmą ABPLANALP, pragniemy chociaż w niewielkim stopniu wypełnić powstałą niszę, mając nadzieję, że zawarte w niej treści, posłużą w tym obszarze każemy zainteresowanemu.

Natomiast, rozpoczynając jakiekolwiek dywagacje na temat ekologi w przemyśle, należy przede wszystkim zmienić podejście do tego bardzo wrażliwego, ale ważnego tematu. Ekologie w przemyślę powinniśmy wreszcie zacząć traktować jako faktyczne, rzeczywiste
i bardzo poważne źródło przewagi konkurencyjnej. Na ekologię w przemyśle, możemy patrzeć z kilu stron:

- wymagań środowiskowych ISO 14001;

- ekonomiki produkcji;

- stosowanych środków smarnych i chłodzących;

- stosowanych filtrów.

Najważniejszymi wytycznymi dla branży metalowej, które zresztą jako pomoc powinniśmy traktować, jest zbiór przepisów ISO 14001, dotyczących organizacji systemu zarządzania środowiskiem w zakładach przemysłowych, przedsiębiorstwach i instytucjach. Istotą tej normy jest wspomaganie i sugerowanie rozwiązań i działań przedsiębiorstw w obszarze ochrony środowiska, mających na celu zapobieganie negatywnym wpływom ich działań na środowisko, w szczególności wprowadzania zanieczyszczeń. A to dlatego, że do niedawna, to właśnie negatywne oddziaływanie procesu technologicznego, miało większe znaczenie, niż dążenia do doskonałej produkcji, mimo ze takie właśnie podejście eliminuje w dużej mierze jej negatywny wpływ na nasze otoczenie. Włąsnie dlatego, tak jak na wstępie, wraz z firmą ABPLANALP, w poprzednio przygotowanych materiałach:

- zalety tokarek wielozadaniowych;

- 5 osiowe centra obróbcze;

w znacznej mierze wskazywaliśmy na wzrastającą konieczność dążenia do coraz lepszej efektywności obróbki metali i wykorzystania posiadanych zasobów. W kolejnych publikacjach, będziemy również takie podejście propagować, m.in. w kolejnym opracowaniu dotyczącym Przemysłu 4.0 czyli gotowych rozwiązań automatyzujących produkcję.

W obróbce skrawaniem występują niektóre aspekty szkodliwe dla środowiska naturalnego jak i człowieka jakim jest operator. Są nimi przede wszystkim energochłonność, hałas jak
i stosowanie cieczy obróbczych, a także możliwość ich utylizowania, czy też ponownego ich wykorzystania. Niesamowicie ważnym, stało się poszukiwanie jak najbardziej efektywnych metod i sposobów obróbki metali, poszukiwaniem najefektywniejszych energetycznie przebiegów procesów technologicznych, planowanych już na etapie projektowania obrabiarek. Stały się też jednym z głównych
i istotniejszych warunków inwestycyjnych.

Dlatego, szuka się wciąż rozwiązań mających na celu minimalizowanie wpływu negatywnych aspektów obróbki mechanicznej metali.

Producenci, tacy jak HAAS, dostarczając wciąż nowe rozwiązania, projektują obrabiarki o coraz lepszych technicznych parametrach. To właśnie doświadczenie w projektowaniu ma tutaj największe znaczenie. Mianowicie, wymagania dokładności obróbki mechanicznej, wymuszają budowanie coraz dokładniejszych obrabiarek. Co za tym idzie, maszyny muszą posiadając coraz większą sztywność mechaniczną obrabiarki. Powoduje to, zwiększenie jej masy, a to wprost zwiększenia mocy napędu, a więc o większym zużyciu energii, co jest wprost sprzeczne z dążeniem zarówno do zwiększenia ekonomiki produkcji jak i zmniejszenia wpływu na środowisko. Jednak to wspomniane doświadczenie dowodzi, iż w przypadku około 80% procesów obróbczych, wykorzystuje się niewiele ponad 50% mocy maszyn.

Kontynuując zagadnienie ekologi w przemyśle, należy zwrócić baczną uwagę, z korzyści jakie daje wprowadzenie systemu zarządzania środowiskiem ISO14001, które poza:

- zmniejszeniem ryzyka biznesowego w wykazaniu zgodności z przepisami prawa
i regulacjami dotyczącymi ochrony środowiska;

- zmniejszenie ryzyka awarii mających negatywny wpływ na środowisko;

- budowaniu wizerunki i przewagi konkurencyjnej, postrzeganej jako zaangażowanie w ochronę środowiska;

daje wymierne oszczędności uzyskane dzięki nadzorowaniu i poprawie efektywności organizacji procesów, co skutkuje oszczędnością surowców, materiałów, energii, wody, oraz właściwe gospodarowanie odpadami.

Zgodnie z systemem zarządzania środowiskiem ISO 14001, spełniając je, uzyskujemy przede wszystkim narzędzie do zarządzania ryzykiem środowiskowym, oraz zmniejszenie samego ryzyka wystąpienie zagrożeń zanieczyszczenia środowiska, czy z tym związanym zminimalizowaniem strat, gdyby takie zagrożenie się ziściło podczas procesów obróbki metali.

Bezpieczeństwo takie zyskujemy m.in. dzięki stosowaniu pochłanianiu mgieł środków chłodzących i smarnych, powstających w procesach obróbki metali. Występujące w ofercie ABPLANALP, stosowane filtry GROTH, służące do pochłaniania mgły cieczy chłodzącej obróbki CNC, działają na zasadzie ośrodkowej jak i elektrostatycznej. To właśnie niwelowanie i pochłanianie mgły olejowej, lub mgły chłodziwa, powstającej w procesie obróbki mechanicznej CNC, jest tak istotne z punku ochrony i dbania o środowisko naturalne, ale też ze względu na bezpieczeństwo i komfort obsługi, czy tez ze względu na możliwy negatywny jej wpływ na panele obsługowe i sterownicze. Przede wszystkim, niwelowanie i pochłanianie mgły olejowej czy chłodziwa, powoduje już samo w sobie oczyszczanie powietrza, poprzez jej wychwytywanie.

Zadaniem tych filtrów jest poprzez wychwycenie wszelkiego pochodzenia mgieł powstających w procesie obróbki skrawaniem, a następnie w procesie filtracji jest oddzielenie powietrza, od części ciekłych, w tym przypadków mgły olejowej albo mgły chłodziwa. Filtry odśrodkowe, wykorzystują prawa fizyki wykorzystujące różnicę ciężarów właściwych składników mgły olejowej, wychwytywanej z obszaru obróbki metali. Następnie, dzięki poddaniu takiego strumienia mgły sile odśrodkowej, wywołanej wirnikami filtra, cząstki ciekłe wyrzucane są siłą odśrodkową na ścianki filtra, gdzie łączą się na panelach filtrujących. Łączące się cząstki ciekłe są odprowadzane na zewnątrz filtra. Czyste powietrze, wypychane jest natomiast w kierunku równoległym ze strumieniem przepływu, zgodnym najpierw ze struieniem mgły odbieranej w postaci ciekłej na wewnętrznych ściankach filtra, a następnie strumieniem czystego powietrza na zewnątrz filtra. W zależności od tego, z jaką mgłą mamy do czynienia i jaki jest ciężar właściwy kropel, a także jak wielkie są cząstki kropli mgły, wydajność filtra możemy regulować prędkością obrotową wirnika filtra odśrodkowego. Jest to najskuteczniejsza metoda separacji różnych cząstek, o różnych ciężarach właściwych. Dodatkową zaletą takiego rozwiązania, jest elastyczność na zmienne właściwości mgły obróbkowej.

Dla poprawienia efektywności procesu filtracji filtra odśrodkowego, często na wylocie oczyszczonego powietrza stosuje się dodatkowo filtr elektrostatyczny, który jest w stanie wychwytywać najdrobniejsze cząstki zanieczyszczeń powietrza, jeśli takowe nie uległy by odseparowaniu. Działanie takiego z kolei filtra polega na spolaryzowaniu cząstek mgły ładunkiem elektrycznym, odwrotnym niż wyłapujące je elektrody filtra.

Ciekawostką w metodach filtracji jest fakt, iż to właśnie firmy niemieckie, jako pionierzy odśrodkowego sposobu filtracji i separacji, wykorzystywali metody, opracowane na bazie doświadczeń firm konstruujących śliniki odrzutowe w czasie II-giej Wojny Światowej.

Poza tym, wprowadzane na Polski rynek przez firmę APLANALP obrabiarki HAAS, oferują fabrycznie wyposażone obrabiarki CNC, we własny system wychwytywania mgły chłodziwa, oraz system powrotu odseparowanego chłodziwa do układu chłodzenia. Zaleta przyjęcia tego fabrycznego rozwiązania, to przede wszystkim niezaprzeczalnie najlepsza integracja z maszyną. Rozwiązanie to jest najbardziej ergonomiczne z uwagi na czyszczenie filtrów, a zastosowanie tego oryginalnego systemu daje gwarancję największej produktywności obrabiarki, poprzez skrócenie całkowitego cyklu obróbki. Inaczej niż w przypadku rozwiązania proponowanego przez GROTH, mgła cieczy obróbczej generowana podczas styku narzędzia a materiałem, pochłaniana jest dzięki wentylatorowi o dużej mocy, do filtra, który składa się z dwu paneli filtrujących, wielokrotnego użytku, na których następuje wytrącenie cieczy z mgły. Ponadto, oryginalny system HAAS'a, jest zintegrowany z oprogramowaniem obrabiarki, gwarantując pracę w tym samym czasie co wykonywana obróbka. Optymalizuje to pracę obrabiarki, zarówno poprzez ograniczone zużycie chłodziwa, jak i ograniczenie obsługi, np. podczas wyjmowania wykonanego detalu. Natomiast odzyskana dzięki systemo HAAS ciecz chłodząca, poddana oczyszczaniu w zainstalowanym koszyku filtrującym, wraca do zbiornika celem ponownego użycia.

Ponadto, w obrabiarkach CNC firmy HAAS, duży nacisk został położony na odzysk środka chłodzącego. Poza systemem filtracji i odzysku chłodziwa z mgły, rozwiązania zastosowane w systemach usuwania wiórów, wraz z którymi usuwany jest osiadły na wiórach środek chłodzący, podlega częściowemu odzyskowi, dzięki możliwości opóźniania uruchamiania wyrzutników wiór. Umożliwia to, zwiększenie długości trwania cyklu wyrzutnika wiórów, co pozwala na ociekanie chłodziwa z wiórów. Uzyskujemy więc zarówno odzysk chłodziwa, jak i większą czystość wiór. Jest tym ważniejsze, iż statystyczne przy toczeniu CNC wytwarza się od 40-60% wiór, które dodatkowo zawierają pewne ilości osadzonego chłodziwa. Dlatego też nie tylko z ekologicznego podejścia, ale również z ekonomicznego, zarówno odzysk chłodziwa, który możemy uzyskań do poziomu 90%, jak i uzyskany w ten sposób odpad wiórowy, jest zdecydowanie uzasadniony.

Należy w tym momencie przypomnieć, iż czyste chłodziwo, to lepsze parametry obróbki, w szczególności CNC, zmniejszenie pola tolerancji obróbki, oraz zwiększenie skuteczności obrabiania. Zanieczyszczone chłodziwo, to z kolei zmniejszenie żywotności pomp, narzędzi, wrzecion.

Coraz częściej też, szuka się ekologicznych technologi wytwarzania (tzw. green machining). Dąży się w nich np. do minimalizowania stosowania cieczy smarująco – chłodzących, a w niektórych metodach nawet do obróbki na sucho.

Dlatego jedną z istotniejszych kwestii prawidłowej obróbki mechanicznej metali CNC, jest zastosowanie odpowiedniego środka chłodzenia narzędzia i obrabianego przedmiotu, co też ma służyć odprowadzaniu wióra oraz przeciwdziałać korozji. Dobór chłodziwa musi brać pod uwagę zarówno metody obróbki, materiały obrabiane, czy też narzędzia stosowane do obróbki. Właściwy dobór chłodzenia, to nie tylko ekonomiczna obróbka, poprzez maksymalizowanie szybkości obróbki, trwałości narzędzi, dokładności i niezawodności obróbki, ale także wprost z nich wynikające efekty środowiskowe. Nie mniej jednak, poza ekonomiką produkcji, właściwy dobór środków chłodzenia obróbki mechanicznej, a w szczególności dobór bezpiecznego dla środowiska, oraz degradowanego środka, wzmaga bezpieczeństwo środowiskowe, oraz wpisuje się wprost w wymagania norm dotyczących BHP i ochrony środowiska.

Obecnie stosuje się 3 rodzaje cieczy obróbczych:

- oleje obróbkowe, posiadające najlepsze właściwości smarne podczas obróbki mechanicznej,

- emulsyjne ciecze obróbcze, najczęściej stosowane w technologiach obróbki mechanicznej, dzięki posiadanym najlepszym właściwościom chłodzącym, jak i smarnym. W składzie cieczy chłodzących, występują składniki smarujące, działające antykorozyjnie, przeciw utleniające, anty spieniające, czy grzybobójcze. Dystrybuowane w postaci koncentratów;

- syntetyczne i półsyntetyczne ciecze obróbcze.

Takie rozwiązania proponuje firma ABPLANALP, oferując sprawdzone i spełniające najwyższe wymagania chłodziwa i oleje obróbcze. Warto zwrócić uwagę przede wszystkim na chłodziwa występujące pod nazwą BLASER. Z całą pewności, dzięki wiedzy opartej na doświadczeniu używania chłodziw BLASER, możemy jednoznacznie potwierdzić dłuższą żywotność narzędzi, uzyskiwanie lepszych powierzchni obróbczych, oraz dłuższy okres eksploatacji samej emulsji, w porównaniu z porównywalnymi cieczami. Potwierdzone zostały również także walory konserwujące narzędzia i samej obrabiarki. Chłodziwa te, zapewniają również najwyższe standardy bezpieczeństwa użytkowników, chociażby poprzez niepowodowanie podrażnień skóry, czy też nieprzyjemnego zapachu. Posiadają również wiele walorów pro ekologicznych.

Z czasem jednak środki chłodzące, wykorzystywane w procesie obróbki metali ulegają zużyciu, nie przejawiając większych wartości technologicznych w procesie obróbki CNC. Czasami jest możliwa ich regeneracja, ale po dłuższym okresie eksploatacji, zgodnie z zaleceniami producenta, należny ją zutylizować. Proces utylizacji chłodziw jest uzależniony od wyspecjalizowanego do tego podmiotu, takie jak procesy: destylacji, deemulgacji czy chemiczno-mechaniczne, ale za te procesy utylizacji trzeba zapłacić.

Zintegrowana polityka środowiskowa, do której Polska jako kraj członkowski Unii Europejskiej jest zobligowany, niesie za sobą substytucyjny obowiązek dbania o środowisko naturalne przez każdy podmiot uczestniczący w produkcji przemysłowej. Według unijnego przeglądu wdrażania polityki ochrony środowiska z 2019r, przez Polskę wynika, iż musimy wzmocnić zarządzanie środowiskiem. Przygotowywana mapa drogowa transformacji w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym, jako jeden z głównych obszarów strategicznych, wymienia właśnie produkcję przemysłowa.

Opisane powyżej działania firmy ABPLANALP, już dziś wpisują się w te wymagania, także poprzez:

- wprowadzanie na Polski rynek produktów, maszyn i urządzeń wysokojakościowych, spełniających najwyższe wymagania klientów, ale także mających zastosowanie do wymagań prawa i jego regulacji;

- ograniczenie stosowania, a często też eliminację środków, substancji i materiałow szkodliwych dla zdrowia i środowiska;

- projektowanie rozwiązań technologicznych, organizacyjnych i rozwiązań techncznych, które już u źródła eliminują procesy szkodliwe, czy też uciążliwe;

- promowanie i prowadzenie właściwej gospodarki odpadami, w tym ich segregowanie, utylizowanie i recykling;

- umożliwianie prowadzenie swoim klientom produkcji przyjaznej dla środowiska, ale też, co jest przejawem szczególnej troski, bezpieczeństwa pracowników obsługi maszyn
i urządzeń.

 

Dariusz Wódz

Tech-Konsulting Sp. z o.o.

(dla ABPLANALP Sp. z o.o.)

 

Źródła:

- www.abplanalp.pl;

- encyklopedia zarządzania ISO 14001;

- CSQ – certyfikacja ISO 14001

- „The environmental impact of machining processes” - Piotr LÖSCHNER, Krzysztof JAROSZ, Agnieszka BOK;

- CNC Produkt


Przeczytaj także

4 minuty czytania

Jednoczyć siły i sumować możliwości firm obróbki stali

Dariusz Wódz
Kategoria: