Як підтримувати рідину для різання алюмінію з ЧПК для подовження терміну служби інструменту та очищення стружки

 ПФТ, Шеньчжень

Підтримка оптимального стану рідини для різання алюмінію для верстатів з ЧПК безпосередньо впливає на знос інструменту та якість стружки. Це дослідження оцінює протоколи управління рідинами за допомогою контрольованих випробувань на обробку та аналізу рідин. Результати показують, що постійний моніторинг pH (цільовий діапазон 8,5-9,2), підтримка концентрації між 7-9% за допомогою рефрактометрії та впровадження двоступеневої фільтрації (40 мкм, а потім 10 мкм) подовжують термін служби інструменту в середньому на 28% та зменшують липкість стружки на 73% порівняно з неконтрольованою рідиною. Регулярне видалення залишків олії (видалення >95% щотижня) запобігає росту бактерій та нестабільності емульсії. Ефективне управління рідинами зменшує витрати на інструменти та час простою верстатів.

1. Вступ

Обробка алюмінію на верстатах з ЧПК вимагає точності та ефективності. Рідини для різання мають вирішальне значення для охолодження, змащування та видалення стружки. Однак деградація рідини, спричинена забрудненням, ростом бактерій, дрейфом концентрації та накопиченням залишків олії, прискорює знос інструменту та ускладнює видалення стружки, що призводить до збільшення витрат та простоїв. До 2025 року оптимізація обслуговування рідин залишатиметься ключовим операційним завданням. Це дослідження кількісно визначає вплив конкретних протоколів технічного обслуговування на довговічність інструменту та характеристики стружки у великосерійному виробництві алюмінію на верстатах з ЧПК.

2. Методи

2.1. Експериментальний дизайн та джерело даних
Контрольовані випробування на обробку проводилися протягом 12 тижнів на 5 ідентичних фрезерних верстатах з ЧПК (Haas VF-2), що обробляли алюміній 6061-T6. На всіх верстатах використовувалася напівсинтетична рідина для різання (марки X). Один верстат слугував контрольним зі стандартним реактивним обслуговуванням (рідина замінювалася лише за видимої деградації). На інших чотирьох було впроваджено структурований протокол:

• Концентрація:Вимірюється щодня за допомогою цифрового рефрактометра (Atago PAL-1), відрегульованого до 8% ±1% концентратом або деіонізованою водою.

• рН:Щоденний контроль pH проводився за допомогою каліброваного pH-метра (Hanna HI98103), підтримувався в межах 8,5-9,2 з використанням добавок, схвалених виробником.

• Фільтрація:Двоступенева фільтрація: рукавний фільтр 40 мкм, а потім картриджний фільтр 10 мкм. Фільтри замінюються залежно від перепаду тиску (збільшення ≥ 5 фунтів на квадратний дюйм).

• Видалення олії з бродяг:Стрічковий скімер працював безперервно; поверхня рідини перевірялася щодня, ефективність скімера перевірялася щотижня (ціль видалення >95%).

• Рідина для макіяжу:Для доливання використовується лише попередньо змішана рідина (з концентрацією 8%).

2.2. Збір даних та інструменти

• Знос інструменту:Знос задньої поверхні (VBmax) вимірюється на первинних ріжучих кромках 3-зубчастих твердосплавних кінцевих фрез (Ø12 мм) за допомогою інструментального мікроскопа (Mitutoyo TM-505) після кожних 25 деталей. Інструменти замінюються при VBmax = 0,3 мм.

• Аналіз стружки:Стружка збиралася після кожної партії. «Липкість» оцінювалася за шкалою від 1 (сипуча, суха) до 5 (злипла, жирна) трьома незалежними операторами. Записувався середній бал. Періодично аналізувався розподіл розмірів стружки.

• Стан рідини:Щотижневі зразки рідини аналізуються незалежною лабораторією на кількість бактерій (КУО/мл), вміст олії у виловлених тваринах (%) та перевірку концентрації/pH.

• Простой машини:Записується на випадок зміни інструментів, заклинювання, пов'язаного зі стружкою, та робіт з обслуговування рідинами.

3. Результати та аналіз

3.1. Збільшення терміну служби інструменту
Інструменти, що працювали за структурованим протоколом технічного обслуговування, стабільно досягали більшої кількості деталей до потреби заміни. Середній термін служби інструменту збільшився на 28% (зі 175 деталей/інструмент у контрольній групі до 224 деталей/інструмент за протоколом). На рисунку 1 показано порівняння поступового зносу задньої поверхні.

3.2. Покращення якості стружки
Показники липкості стружки різко знизилися за протоколом керування, склавши в середньому 1,8 порівняно з 4,1 для контрольної групи (зниження на 73%). Використання керованої рідини призвело до отримання сухішої, більш зернистої стружки (Рисунок 2), що значно покращило відведення стружки та зменшило заклинювання верстата. Час простою, пов'язаний з проблемами стружки, зменшився на 65%.

3.3. Стабільність рідини
Лабораторний аналіз підтвердив ефективність протоколу:

• Кількість бактерій залишалася нижче 10³ КУО/мл у контрольованих системах, тоді як у контрольній групі перевищувала 10⁶ КУО/мл до 6-го тижня.

• Вміст олії з бродячих тварин у середньому становив <0,5% у рідині, що контролювалася, порівняно з >3% у контрольній групі.

• Концентрація та pH залишалися стабільними в межах цільових діапазонів для керованої рідини, тоді як контрольний варіант показав значний дрейф (концентрація знизилася до 5%, pH знизилася до 7,8).

*Таблиця 1: Ключові показники ефективності – керована та контрольована рідина*

4. Обговорення

4.1. Механізми, що сприяють досягненню результатів
Покращення безпосередньо пов'язані з діями з технічного обслуговування:

• Стабільна концентрація та pH:Забезпечував стабільну змащувальну здатність та запобігання корозії, безпосередньо зменшуючи абразивне та хімічне зношування інструментів. Стабільний рівень pH запобігав руйнуванню емульгаторів, підтримуючи цілісність рідини та запобігаючи «закисленню», яке збільшує адгезію стружки.

• Ефективна фільтрація:Видалення дрібних металевих частинок (стружки) зменшило абразивне зношування інструментів та заготовок. Чистіша рідина також ефективніше протікала для охолодження та відмивання стружки.

• Контроль за олією трампліну:Олія-відходи (з мастила, гідравлічної рідини) порушує емульсії, знижує ефективність охолодження та є джерелом живлення для бактерій. Її видалення було критично важливим для запобігання прогірканню та підтримки стабільності рідини, що значною мірою сприяло очищенню стружки.

• Придушення бактерій:Підтримка концентрації, pH та видалення бактерій, що виснажують від олії, запобігання утворенню кислот та слизу, які вони виробляють, що погіршує продуктивність рідини, кородує інструменти та спричиняє неприємні запахи/липку стружку.

4.2. Обмеження та практичні наслідки
Це дослідження було зосереджено на конкретній рідині (напівсинтетичній) та алюмінієвому сплаві (6061-T6) за контрольованих, але реалістичних виробничих умов. Результати можуть дещо відрізнятися залежно від рідин, сплавів або параметрів обробки (наприклад, дуже високошвидкісна обробка). Однак основні принципи контролю концентрації, моніторингу pH, фільтрації та видалення залишків олії є універсально застосовними.

• Вартість впровадження:Потребує інвестицій у засоби моніторингу (рефрактометр, pH-метр), системи фільтрації та скімери.

• Праця:Вимагає дисциплінованих щоденних перевірок та налаштувань операторами.

• Рентабельність інвестицій:Продемонстроване збільшення терміну служби інструменту на 28% та скорочення простоїв, пов'язаних зі стружкою, на 65% забезпечують чітку окупність інвестицій, компенсуючи витрати на програму технічного обслуговування та обладнання для управління рідинами. Зменшення частоти утилізації рідини (завдяки довшому терміну служби піддону) є додатковою економією.

5. Висновок

Підтримка рідини для різання алюмінію на верстатах з ЧПК не є необов'язковою для оптимальної продуктивності; це критично важлива операційна практика. Це дослідження демонструє, що структурований протокол, зосереджений на щоденному моніторингу концентрації та pH (цілі: 7-9%, pH 8,5-9,2), двоступеневій фільтрації (40 мкм + 10 мкм) та агресивному видаленні залишків олії (>95%), забезпечує значні, вимірювані переваги:

1. Збільшений термін служби інструменту:Середнє збільшення на 28%, що безпосередньо знижує витрати на оснащення.

2. Очисник стружки:Зменшення липкості на 73%, значне покращення відведення стружки та зменшення заклинювання/простоїв верстата (зменшення на 65%).

3. Стабільна рідина:Пригнічує ріст бактерій та підтримує цілісність емульсії.

Заводам слід надати пріоритет впровадженню дисциплінованих програм управління рідинами. Подальші дослідження можуть дослідити вплив конкретних пакетів добавок відповідно до цього протоколу або інтеграцію автоматизованих систем моніторингу рідин у режимі реального часу.