Do najważniejszych zadań chłodziwa w procesie obróbki skrawaniem – wiercenia, frezowania, toczenia, gwintowania czy piłowania – należy zapewnienie niższej temperatury narzędzi skrawających i elementów poddawanych obróbce oraz umożliwienie łatwego usuwania wiórów. Natomiast w obróbce plastycznej, obejmującej wytłaczanie, walcowanie czy ciągnięcie, chłodziwo zapewnia smarowanie narzędzi i ochronę przed korozją, ważną ze względu na trwałość elementów maszyn, narzędzi skrawających i obrabianych detali. W wielu procesach chłodziwo jest środkiem myjącym, które gwarantuje, że spłukiwanie wiórów i drobnych opiłków będzie skuteczne (np. podczas szlifowania, gdy wytwarzane są duże ilości wiórów i zanieczyszczeń z tarcz szlifierskich).

Elementy systemów podawania chłodziwa mają regulowane długości i kąty, co pozwala na łatwe dostosowanie do potrzeb danej aplikacji i umożliwia obsługiwanie zarówno cieczy, jak i gazów chłodzących. Elementy instalacji bardzo często wykonane są ze sprężystego, sztywnego acetalu o wysokim poziomie odporności na działanie środków chemicznych i olejów. Choć przewody są giętkie, to jednak doskonale utrzymują nadany kształt, a ich zaginanie nie zmniejsza średnicy wewnętrznej. Ponadto poszczególne elementy podawania chłodziwa nie powodują uszkodzeń narzędzi skrawających. Przewody są dostępne przy średnicach wewnętrznych: 1/4", 3/8", 1/2", 3/4". Maksymalna temperatura użytkowania przewodów to 65°C przy temperaturze topnienia 165°C.

Pod niskim i wysokim ciśnieniem
Pompy, które znajdują zastosowanie w systemach podawania chłodziwa, muszą zapewnić prawidłowy jego obieg w procesie obróbki. W ogólnym podziale pomp wskazuje się urządzenia nisko- i wysokociśnieniowe. Najczęściej wykorzystywane są pompy elektryczne – wąż pobierający chłodziwo jest zanurzany w zbiorniku z substancją chłodzącą, który pozwala na magazynowanie tej substancji przepływającej w obiegu zamkniętym. Niektóre instalacje bazują na pompach poziomych o konstrukcji z żeliwnymi monoblokami, przy czym szczególną rolę odgrywa odpowiednie uszczelnienie.

W pompach chłodziwa niskiego ciśnienia najczęściej przewiduje się konstrukcję z wirnikiem, który jest połączony z silnikiem za pomocą wydłużonego wału. Takie rozwiązanie zapewnia szeroki zakres wydajności, ale przy mniejszych wysokościach podnoszenia. Gwarantuje też wyższą odporność na zanieczyszczenia stałe, które mogą się znaleźć w chłodziwie.

W zastosowaniach niewymagających podawania chłodziwa pod dużym ciśnieniem wykorzystuje się pompy wielostopniowe (wielowirnikowe) i jednostopniowe z wirnikiem peryferalnym. Pompy jednostopniowe uzyskują duże wartości ciśnień, ale przy niewielkich wydajnościach. Pompy wielostopniowe pozwalają na konfigurację z uwzględnieniem indywidualnych wymagań aplikacji.

Nie brakuje też systemów podawania chłodziwa z pompami specjalistycznymi, których parametry pracy są dobierane indywidualnie. Warto postawić na pompę zmiennociśnieniową, która pracuje z minimalnym ciśnieniem wystarczającym dla danego rodzaju obróbki.

Instalacje odpowiednie do potrzeb
Typowe niskociśnieniowe instalacje doprowadzające substancje chłodzące stanowią ważny element w procesie obróbki metalu. W systemach tego typu stawia się na elementy odporne na ścieranie i wibracje. Ważna jest również stabilność i twardość elementów bez względu na pozycję montażową. Istotną korzyścią jest tu prosta konstrukcja, zapewniająca możliwość szybkiego rozbudowania działającej już instalacji. Na typowy system składa się wiele elementów, które bardzo szybko są łączone za pomocą przewodów.

W niektórych systemach jest wykorzystywana zasada Venturiego z rozpylaniem ciekłą mieszaniną. Tym sposobem zwężenie w dyszy Venturiego powoduje większą prędkość mieszaniny, zapewniając łatwe kontrolowanie prędkości i przepływu powietrza oraz prędkości przepływającej cieczy. Istotną rolę odgrywają tu podstawa magnetyczna, system kontroli płynu oraz wykonanie dyszy ze stali nierdzewnej. Dysza jest podłączona do węża elastycznego.

Bezpieczeństwo systemu podawania chłodziwa zapewniają osłony wykonane z przezroczystego poliwęglanu. Pozwala to zapewnić ochronę przed wiórami i cząstkami chłodziwa, które rozpraszają się podczas obróbki. Dzięki opcji obracania osłony o 360° można ją zamocować do obrabiarki na stałe lub czasowo, wykorzystując przy tym uchwyt magnetyczny, który ma specjalne zabezpieczenia chroniące przed przyciąganiem wiórów. Osłony również mają budowę modułową, co pozwala na ścisłe dopasowanie odpowiedniego rozwiązania do konkretnych potrzeb instalacji.

W wysokociśnieniowych instalacjach podawania chłodziwa istotną rolę odgrywają specjalne dysze. Strumień chłodziwa poprzez szybkie usuwanie wiórów z powierzchni natarcia pozwala zmniejszyć zużycie elementu obrabiającego. Wióry łatwo łamią się na mniejsze odcinki, co pozwala na łatwe odprowadzenie ich poza strefę skrawania. Zmieniając średnicę dyszy, można regulować natężenie przepływu i prędkości chłodziwa. W efekcie optymalizuje się możliwości obrabiarki i wydłuża jej trwałość.

Jak prawidłowo wybrać
Na etapie wyboru odpowiedniego systemu podawania chłodziwa należy uwzględnić przynajmniej kilka czynników. Przede wszystkim trzeba pamiętać o możliwościach obrabiarki w zakresie podawania chłodziwa pod ciśnieniem wynoszącym najczęściej 70–100 barów (1000–1500 psi). Nie mniej ważna jest wytrzymałość zaworów i uszczelek. W przypadku obrabiarek CNC pracą pompy może sterować oprogramowanie maszyny, pod warunkiem że realizuje odpowiednie funkcje nadzorujące działanie takiej pompy.

Parametry oprogramowania obrabiarki powinno się dobrać tak, aby prędkość skrawania była maksymalna przy uwzględnieniu bieżących warunków procesu. Jeżeli przejścia w procesie są długie, bardzo często wykorzystuje się obliczenia spiralne długości drogi skrawania. Tym sposobem określany jest moment zakończenia programu.

Trzeba pamiętać, że obrabiarki wielozadaniowe i tokarki z dużymi średnicami wierteł wymagają pomp o większej wydajności, osiągającej 40–80 l/min. Dysze muszą mieć optymalny kształt, geometrię, materiał wykonania i kąt przystawienia. Trzeba też odpowiednio dobrać parametry skrawania.

Przy określaniu wymaganego natężenia przepływu bardzo często korzysta się z równania Bernoulliego, które pozwala zdefiniować zależności między ciśnieniem, prędkością i natężeniem przepływu cieczy. Przy zmniejszeniu światła dyszy dochodzi do zwiększenia prędkości cieczy wypływającej oraz ograniczenia ciśnienia i natężenia przepływu. Trzeba mieć również na uwadze, że ciśnienie wypływającej cieczy w dużej mierze zależy od jej gęstości, a także od przepustowości i liczby dysz.

Oferowane na rynku systemy podawania chłodziwa dostępne są z przewodami o wymiarach 1/4", 3/8", 1/2" i 3/4". Zastosować można np. specjalne zestawy przeznaczone do podawania cieczy i powietrza, przewody z dyszą i zaworem zewnętrznym, zestawy magnetyczne, a także zestawy do wytwarzania mgły olejowej stosowane przy chłodzeniu, smarowaniu i wydmuchiwaniu wiórów podczas obróbki obejmującej frezowanie, toczenie, wiercenie, szlifowanie, gwintowanie itp. Ponadto warto mieć na uwadze kompletne układy chłodzenia z dyszami wysokociśnieniowymi regulowanymi w zależności od potrzeb instalacji. Znajdują one zastosowanie przy wszystkich rodzajach chłodziw podawanych pod wysokim, niskim oraz średnim ciśnieniem. Przydatnym rozwiązaniem jest możliwość blokady położenia dyszy.

Narzędzia samochłodzące
W miarę rozwoju technologii pojawiają się nowe metody dostarczania chłodziwa. Obok zewnętrznego dozowania równie często zaczyna być stosowana technologia wewnętrznego doprowadzania substancji chłodzącej do miejsca obróbki przez specjalne kanaliki (np. w wiertłach). Wpływa to na poprawę parametrów pracy przy wykonywaniu bardzo głębokich otworów. Konstruowane są także uchwyty narzędzi roboczych, które umożliwiają szybkie podawanie chłodziwa i dozowanie go w potrzebnej ilości.

Wciąż poszukiwane są nowe metody smarowania chłodzącego. Jedną z nich jest chłodzenie z bardzo niskimi temperaturami medium chłodzącego. Wykorzystuje się tu m.in. azot. co ma jednak dwie wady: w postaci płynnej azot ma temperaturę -196°C, co stwarza niebezpieczeństwo odmrożeń u ludzi, a ponadto jego stosowanie jest dość trudną procedurą. Dlatego preferowane jest użycie dwutlenku węgla (jego temperatura przy rozszerzaniu wynosi ok. -50°C) – pozwala on znacząco udoskonalić skrawanie, zwłaszcza obróbkę zgrubną tworzyw odpornych na wysoką temperaturę.