Talaşlı imalatta sürdürülebilirlik: Takım tutucunun rolü nedir?

Haimer

Sürdürülebilirlik konuları günümüzde en revaçta olan konudur. Talaşlı imalat ve bunun için kullanılan ekipmanlar da bu durumdan ayrı değildir. Takım tutucu gibi münferit unsurlar sıklıkla dikkate alınmaktadır. Ancak gerçekten sürdürülebilir bir şekilde hareket etmek istiyorsanız, bu tür ayrıntılara çok fazla odaklanmamalısınız; aksi takdirde genel prosesteki avantajları kaçırabilirsiniz.
Sürdürülebilirlik, haklı olarak bizim için giderek daha önemli hale gelen bir konudur. Kaynaklar sınırlı ve enerji giderek daha pahalı hale gelmektedir. Sürdürülebilirliği değerlendirirken, bir ürüne çok dar bir çerçevede odaklanmamak, aynı zamanda çevreyi-ürün kullanım ömrünü ve ürünün entegre edildiği tüm süreci göz önünde bulundurmak önemlidir.

Sürdürülebilirlik talaşlı üretimde nasıl görünüyor?
Metal işlemenin birçok yönü vardır. Malzemeye, bileşen geometrisine ve miktarlarına bağlı olarak çok çeşitli makineler, takımlar ve sıkma cihazları kullanılır. Üretim yeri, çalışanların nitelikleri ve olası otomasyon gibi dış koşullar da dikkate alınmalıdır. Bireysel duruma bağlı olarak en iyi, en ekonomik ve en sürdürülebilir çözüm olabilecek birçok farklı üretim seçeneği bulunmaktadır. Burada elmalarla portakalları karşılaştırmamak zordur.
Sürdürülebilirlik nasıl ölçülür? Kullanılan malzemelerin yanı sıra, enerji verimliliği de muhtemelen sürdürülebilir bir süreci belirleyen temel faktördür. Bu nedenle, en büyük tüketicileri aramak ve bunların kullanımını optimize etmek umut verici bir yaklaşımdır.

Takım tezgahı tasarruf potansiyeli sunuyor
Talaşlı imalatta, iş mili ve eksen tahrikleri, çevre birimleri ve soğutma, yağlama veya basınçlı hava beslemesi gibi yardımcı üniteleri ile kullanılan enerjinin çoğunu tüketen, hiç şüphesiz takım tezgahıdır. Kullanıcı, yeni makine satın alırken, enerji tasarrufu sağlayan bileşenlere dikkat ederek tüketimi önemli ölçüde azaltabilir.
Takım tutma teknolojisinde dünyanın önde gelen markalarından Haimer Grubu’nun Genel Müdürü ve Başkanı Andreas Haimer, konu hakkında şunları söyledi: “Kendi üretimimizde, eski bir işleme merkezini aynı işleme sürecini kullanan yeni bir merkezle değiştirmenin yaklaşık yüzde 30 daha az enerji gerektirdiğini öğrendik. Bir aile şirketi olarak sürdürülebilirliğe çok önem veriyoruz. Örneğin; takım çeliğimizi Almanya’dan temin ediyoruz, yıllardır yalnızca yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik kullanıyoruz ve güneş enerjisi sistemlerine ve yeşil altyapıya yatırım yapıyoruz. Geçtiğimiz mali yılda toplam 1 milyon Euro´nun üzerinde yatırım yaptık ve yılda 250 tonun üzerinde CO2 tasarrufu sağladık.”
Makinelere dönülecek olursa, her eski işleme merkezinin yenisiyle değiştirilemeyeceğini aktaran Haimer, “Örneğin trokoidal frezeleme gibi CAD/CAM optimizasyonlu işleme stratejileri kullanılarak işleme sürecinde de tasarruf sağlanabilir. Bir müşterimiz, Haimer Power shrink fit tutucular ve Haimer, Mill frezelerimiz ile trokoidal frezeleme yaparak, yüzey frezesi ile işlemeye kıyasla işleme süresini parça başına 71 dakikadan 18 dakikaya nasıl yüzde 75 oranında azaltabildiğine dair veriler sağladı. İşleme stratejisindeki değişikliğe, önemli ölçüde daha düşük güç tüketimi nedeniyle enerji tasarrufu eşlik etti. Yüzey frezesi ile geleneksel işlemede iş mili yükü 10 parça için yüzde 80-85 ve toplam enerji maliyeti yaklaşık 150 Euro iken, yüzde 8-10 iş mili yükü ve önemli ölçüde daha kısa makine çalışma süresi ile trokoidal frezeleme stratejisi enerji maliyetlerini 10 parça için toplam 5 Euro’ya düşürdü. Bu da üretilen parça başına daha düşük enerji tüketimi ile daha yüksek verim anlamına geliyor; işte ben buna sürdürülebilir ve verimli diyorum” dedi.

Takım tutucu teknolojisinin sürdürülebilirliği: Bütünsel bir yaklaşım
Tüm süreç zincirine baktığınızda, bir takım tutucunun sürdürülebilirliğe nasıl katkıda bulunabileceğini hiç düşündünüz mü? Freze makinesinin ortalama 30 kW civarında güç tükettiği, buna hidrolik ve pnömatik cihazların, otomasyon ekipmanlarının ve robotların gücünün de eklendiği bir işleme süreci göz önüne alındığında, takım tutucu yalnızca ikincil bir rol oynar. Bunun nedeni takım tutucunun nispeten küçük bir ayrıntı olması ve shrink fit tutucu ile sıkma işleminin marjinal miktarda enerji tüketmesidir.
Diğer sıkma sistemlerine bakıldığında, operasyonel kullanımda shrinkleme sırasındaki enerji tüketimi, hidrolik veya frezeleme tutucu ile kullanıma göre daha yüksektir. Bir takım tutucunun üretim, bakım ve atık yönetimini içeren tüm ürün kullanım döngüsüne bakarsanız tamamen farklı bir tablo ortaya çıkar.
Hidrolik takım tutucunun üretimi, daha karmaşık yapısı nedeniyle çok daha fazla çaba ve enerji gerektirir. Bağımsız bileşenlerin yüksek hassasiyetle işlenmesine ek olarak, genleşme manşonunun lehimlenmesi, lehim bağlantısının kırılmasını önlemek için ek ısıl işlemin yanı sıra temizleme, montaj ve yağ doldurma için gereken çaba da vardır.
Andreas Haimer, “Deneyimlerimize göre, üretim için gereken enerji, shrink fit tutucuya göre yaklaşık üç kat daha yüksektir. Karmaşık üretim süreci nedeniyle liste fiyatları, shrink fit tutuculara göre iki ila üç kat daha yüksek olmasına rağmen, geniş portföyümüzde shrink fit tutuculara ek olarak hidrolik tutucular da bulunmaktadır. Bunlar belirli uygulamalar için doğru çözümdür. Ancak, daha sürdürülebilir değillerdir. Analizlerimiz, hidrolik tutucunun üretimi için bir shrink fit tutucusuna göre yaklaşık 25 kWh daha fazla enerji gerektirdiğini göstermiştir. Tersine, ürün kullanım ömrü açısından bu, bir shrink fit tutucunun enerji gereksiniminin 25 kWh olduğu anlamına gelir. Bir shrink fit tutucu, shrinkleme ve soğutma döngüsü başına 0,026 kWh harcar, hidrolik tutucudan daha fazla enerji gerektirmeden neredeyse 1000 defa shrinklenebilir. Aynı durum, çok daha karmaşık olan ve daha fazla bileşenin yanı sıra gres ve yağlayıcılar içeren frezeleme tutucuları için de geçerlidir” diye konuştu.

Kullanım ömrü ve proses güvenilirliği çok önemlidir
Artan üretim maliyetlerine ek olarak, bakım maliyetleri açısından da farklar vardır. Haimer shrink fit tutucuları, sıcak iş takım çeliğinin özellikle yüksek kalitesi ve patentli Haimer bobin ve shrink fit makine teknolojisi ile birlikte sınırsız sayıda takılıp çıkarılabilmelerine rağmen bakım gerektirmezken, hidrolik ve freze tutucuları en geç 2-3 yılda bir sıkma kuvvetini kontrol etmek, sıkma vidasını yağlamak veya sistemi greslemek ve aşınma nedeniyle tutucunun düzenli bakımını yapmak için üreticiye geri gönderilmelidir. İçerdiği hidrolik sıvı veya gres, ek bileşen içermeyen shrink fit tutuculara kıyasla çevre dostu atık yönetimini daha zor hale getirir. Kullanım ömrüne ek olarak, proses güvenilirliği açısından da önemli farklılıklar vardır: kuru işleme veya işleme sürecinde yetersiz soğutma durumunda, hidrolik tutucular, takımın kırılması ve hurda riski de dahil olmak üzere yüksek ısı gelişimi nedeniyle sıkma yatağının patlama riskini ortaya çıkarır. Shrink fit tutucular bu açıdan daha sağlam ve dayanıklıdır; takım kırılma riskini tamamen ortadan kaldırmak istiyorsanız, Haimer Safe-Lock sistemi yüzde 100 güvenlik için shrink fit tutucular için bir seçenek olarak mevcuttur.

Enerji tüketimi perspektifi
Peki shrinkleme işlemi sırasında enerji tüketimi gerçekten nasıl hesaplanıyor? Mevcut bir Haimer shrink fit makinesi ile bir shrink fit tutucunun ısıtılması yaklaşık 5 saniye sürer. Deneyimli kullanıcılar, tek bir işlemde aşınmış bir kesici takımı ve yeni bir kesici takımı shrinkleyebilir. Bu nedenle takım tutucu sadece bir kez ısıtılır ve soğutulur. Patentli NG bobinli bir Haimer Power Clamp shrink fit makinesinin maksimum çıkışı 13 kW’tır; ancak ortalama 8 kW’tır. Bu, tek ve eksiksiz bir shrinkleme işleminin yaklaşık 0,011 kWh tükettiği anlamına gelir. Buna ek olarak, soğutma işlemi yaklaşık 0,015 kWh tüketir; Haimer cihazları paralel olarak ve aynı anda beş tutucuyu neredeyse aynı enerji tüketimiyle soğutabilir. En kötü senaryoda bu, tüm süreç için toplam 0,026 kWh ile sonuçlanır. Bir kilovat saatin maliyeti 20 sent ise, bir takımı shrinklemek ve soğutmak en düşük 0,5 sente mal olur.
Tüm yardımcı takımlar ile birlikte bir freze tezgahının güç tüketiminin yaklaşık 30 kW olduğu işleme süreci göz önünde bulundurulduğunda enerji tüketimi nasıl sınıflandırılmalıdır? Bir takımın yaklaşık 1 saat kullanıldığını ve yüksek eşmerkezlilik, rijitlik veya ince kontur sayesinde iyileştirilmiş frezeleme stratejileri sayesinde işleme süresinin sadece yüzde birinin bile tasarruf edilebileceğini varsayarsak, bu 0,3 kWh enerji tasarrufu anlamına gelecektir. Bu, shrinkleme için kullanılan enerji miktarının yaklaşık 11 katıdır.
Andreas Haimer, konu hakkında şöyle konuştu: “Sıkma işlemi başına enerji tüketimi, kullanım ömrü, proses güvenilirliği ve işleme stratejisi konularına kıyasla ihmal edilebilir bir rol oynamaktadır. Modern CAD/CAM optimizasyonlu frezeleme stratejileri, işleme süresinden yüzde 75 tasarruf sağlayabilir. Makineciler sürdürülebilir ve üretken olmak istiyorlarsa bu tür iyileştirilmiş süreçlere odaklanmalıdır. İkinci adımda ise bu stratejiler için en uygun ve proses açısından güvenilir takım tutucuyu seçmelidirler.”