Как да поддържате алуминиева CNC режеща течност за по-дълъг живот на инструмента и по-чисти стружки

 ПФТ, Шенжен

Поддържането на оптимално състояние на алуминиевата CNC режеща течност влияе пряко върху износването на инструмента и качеството на стружките. Това проучване оценява протоколите за управление на течностите чрез контролирани машинни изпитания и анализ на течностите. Резултатите показват, че постоянното наблюдение на pH (целеви диапазон 8,5-9,2), поддържането на концентрация между 7-9% с помощта на рефрактометрия и прилагането на двустепенна филтрация (40µm, последвана от 10µm) удължават живота на инструмента средно с 28% и намаляват лепкавостта на стружките със 73% в сравнение с неконтролираната течност. Редовното отстраняване на остатъчно масло (>95% отстраняване седмично) предотвратява растежа на бактерии и нестабилността на емулсията. Ефективното управление на течностите намалява разходите за инструменти и времето на престой на машината.

1. Въведение

CNC обработката на алуминий изисква прецизност и ефективност. Режещите течности са от решаващо значение за охлаждането, смазването и отвеждането на стружките. Въпреки това, разграждането на течностите – причинено от замърсяване, растеж на бактерии, отклонение на концентрацията и натрупване на остатъци от масло – ускорява износването на инструмента и компрометира отстраняването на стружки, което води до увеличени разходи и престой. До 2025 г. оптимизирането на поддръжката на течностите остава ключово оперативно предизвикателство. Това проучване определя количествено въздействието на специфични протоколи за поддръжка върху дълготрайността на инструмента и характеристиките на стружките при високосерийно CNC производство на алуминий.

2. Методи

2.1. Експериментален дизайн и източник на данни
Контролирани тестове за машинна обработка бяха проведени в продължение на 12 седмици на 5 идентични CNC фрези (Haas VF-2), обработващи алуминий 6061-T6. На всички машини беше използвана полусинтетична режеща течност (марка X). Една машина служи като контролна със стандартна, реактивна поддръжка (течността се сменя само при видимо увреждане). Другите четири внедриха структуриран протокол:

• Концентрация:Измерва се ежедневно с помощта на дигитален рефрактометър (Atago PAL-1), настроен на 8% ±1% с концентрат или деионизирана вода.

• pH:Мониторира се ежедневно с калибриран pH метър (Hanna HI98103), поддържан между 8,5-9,2 с помощта на одобрени от производителя добавки.

• Филтрация:Двустепенна филтрация: ръкавен филтър 40µm, последван от картридж филтър 10µm. Филтрите се сменят въз основа на разликата в налягането (увеличение от ≥ 5 psi).

• Премахване на масло от скитници:Лентовият скимер работи непрекъснато; повърхността на флуида се проверява ежедневно, ефективността на скимера се проверява седмично (целева стойност за отстраняване >95%).

• Течност за грим:За доливане се използва само предварително смесена течност (с 8% концентрация).

2.2. Събиране на данни и инструменти

• Износване на инструменти:Износване на задната повърхност (VBmax), измерено на първичните режещи ръбове на 3-ребрени карбидни фрези (Ø12 мм), използвайки инструментален микроскоп (Mitutoyo TM-505) след всеки 25 детайла. Инструментите се сменят при VBmax = 0,3 мм.

• Анализ на стружки:Стружки, събирани след всяка партида. „Лепкавостта“, оценена по скала от 1 (течливост, суха) до 5 (слепена, мазна) от 3 независими оператора. Записана е средната оценка. Разпределението на размера на стружките се анализира периодично.

• Състояние на течността:Седмични проби от течности, анализирани от независима лаборатория за брой бактерии (CFU/mL), съдържание на растително масло (%) и проверка на концентрацията/pH.

• Престой на машината:Записва се за смяна на инструменти, засядания, свързани със стружки, и дейности по поддръжка на течности.

3. Резултати и анализ

3.1. Удължаване на живота на инструмента
Инструментите, работещи по структуриран протокол за поддръжка, постоянно достигаха по-висок брой части, преди да се наложи подмяна. Средният живот на инструмента се увеличи с 28% (от 175 части/инструмент в контролния вариант до 224 части/инструмент по протокола). Фигура 1 илюстрира сравнението на прогресивното износване на страничните ръбове.

3.2. Подобряване на качеството на стружките
Оценките за лепкавост на стружките показаха драматично намаление при управлявания протокол, средно 1,8 в сравнение с 4,1 за контролната група (73% намаление). Управляваната течност доведе до по-сухи, по-зърнести стружки (Фигура 2), което значително подобри евакуацията и намали задръстванията в машината. Времето на престой, свързано с проблеми със стружките, намаля с 65%.

3.3. Стабилност на флуидите
Лабораторният анализ потвърди ефективността на протокола:

• Броят на бактериите остана под 10³ CFU/mL в управляваните системи, докато контролната група надхвърли 10⁶ CFU/mL до 6-та седмица.

• Съдържанието на тропически ефирен е средно <0,5% в контролираната течност спрямо >3% в контролната.

• Концентрацията и pH останаха стабилни в целевите диапазони за контролираната течност, докато контролната група показа значително отклонение (концентрацията спадна до 5%, pH спадна до 7,8).

*Таблица 1: Ключови показатели за ефективност – Управляван спрямо контролиран флуид*

4. Дискусия

4.1. Механизми, водещи до резултати
Подобренията произтичат директно от действията по поддръжка:

• Стабилна концентрация и pH:Осигурява постоянна смазка и инхибиране на корозията, директно намалявайки абразивното и химическото износване на инструментите. Стабилното pH предотвратява разграждането на емулгаторите, поддържайки целостта на флуида и предотвратявайки „вкисването“, което увеличава адхезията на стружките.

• Ефективна филтрация:Премахването на фини метални частици (стружки) намали абразивното износване на инструментите и детайлите. По-чистата течност също така течеше по-ефективно за охлаждане и измиване на стружките.

• Контрол на маслото в трамвая:Отпадъчното масло (от смазочни материали, хидравлична течност) разрушава емулсиите, намалява ефективността на охлаждане и осигурява хранителен източник за бактерии. Отстраняването му е от решаващо значение за предотвратяване на гранясване и поддържане на стабилността на течността, допринасяйки значително за по-чисти стружки.

• Бактериално потискане:Поддържане на концентрация, pH и премахване на бактерии, лишени от остатъци от масло, предотвратяване на киселините и слузта, които те произвеждат, което влошава производителността на флуида, корозира инструментите и причинява неприятни миризми/лепкави стружки.

4.2. Ограничения и практически последици
Това проучване се фокусира върху специфичен флуид (полусинтетичен) и алуминиева сплав (6061-T6) при контролирани, но реалистични производствени условия. Резултатите могат леко да се различават в зависимост от различните флуиди, сплави или параметри на обработка (напр. много високоскоростна обработка). Основните принципи за контрол на концентрацията, мониторинг на pH, филтриране и отстраняване на остатъци от масло обаче са универсално приложими.

• Цена на внедряване:Изисква инвестиции в инструменти за мониторинг (рефрактометър, pH-метър), филтриращи системи и скимери.

• Труд:Изисква дисциплинирани ежедневни проверки и корекции от операторите.

• Възвръщаемост на инвестициите:Доказаното 28% увеличение на живота на инструмента и 65% намаление на времето за престой, свързано със стружки, осигуряват ясна възвръщаемост на инвестицията, компенсирайки разходите за програмата за поддръжка и оборудването за управление на флуидите. Намалената честота на изхвърляне на флуиди (поради по-дългия живот на картера) е допълнителна икономия.

5. Заключение

Поддържането на алуминиева CNC режеща течност не е по избор за оптимална производителност; това е критична оперативна практика. Това проучване показва, че структуриран протокол, фокусиран върху ежедневно наблюдение на концентрацията и pH (цели: 7-9%, pH 8.5-9.2), двустепенна филтрация (40µm + 10µm) и агресивно отстраняване на остатъци от масло (>95%), осигурява значителни, измерими ползи:

1. Удължен живот на инструмента:Средно увеличение от 28%, което директно намалява разходите за инструменти.

2. Почистваща стружка:73% намаление на лепкавостта, драстично подобряване на отвеждането на стружките и намаляване на засяданията/времето на престой в машината (65% намаление).

3. Стабилна течност:Потиска растежа на бактериите и поддържа целостта на емулсията.

Фабриките трябва да дадат приоритет на прилагането на дисциплинирани програми за управление на флуидите. Бъдещи изследвания биха могли да проучат въздействието на специфични пакети с добавки по този протокол или интегрирането на автоматизирани системи за мониторинг на флуидите в реално време.