Jak dbać o płyn do cięcia aluminium CNC, aby wydłużyć żywotność narzędzi i zmniejszyć ilość wiórów

 PFT, Shenzhen

Utrzymanie optymalnego stanu płynu do obróbki aluminium CNC ma bezpośredni wpływ na zużycie narzędzi i jakość wiórów. W niniejszym badaniu oceniono protokoły zarządzania płynami poprzez kontrolowane próby obróbki i analizę płynów. Wyniki pokazują, że stałe monitorowanie pH (docelowy zakres 8,5-9,2%), utrzymywanie stężenia między 7-9% za pomocą refraktometrii oraz zastosowanie dwuetapowej filtracji (40 µm, a następnie 10 µm) wydłużają żywotność narzędzi średnio o 28% i zmniejszają lepkość wiórów o 73% w porównaniu z płynem bez kontroli. Regularne usuwanie oleju obcego (>95% co tydzień) zapobiega rozwojowi bakterii i niestabilności emulsji. Efektywne zarządzanie płynami redukuje koszty narzędzi i przestoje maszyn.

1. Wprowadzenie

Obróbka aluminium CNC wymaga precyzji i wydajności. Płyny obróbkowe mają kluczowe znaczenie dla chłodzenia, smarowania i odprowadzania wiórów. Jednak degradacja płynów – spowodowana zanieczyszczeniami, rozwojem bakterii, dryftem stężeń i gromadzeniem się oleju obcego – przyspiesza zużycie narzędzi i utrudnia usuwanie wiórów, co prowadzi do wzrostu kosztów i przestojów. Do 2025 roku optymalizacja konserwacji płynów pozostanie kluczowym wyzwaniem operacyjnym. W niniejszym badaniu określono ilościowo wpływ konkretnych protokołów konserwacji na trwałość narzędzi i charakterystykę wiórów w wielkoseryjnej produkcji aluminium CNC.

2. Metody

2.1. Projekt eksperymentalny i źródło danych
Kontrolowane testy obróbki przeprowadzono przez 12 tygodni na 5 identycznych frezarkach CNC (Haas VF-2) do obróbki aluminium 6061-T6. We wszystkich maszynach zastosowano półsyntetyczny płyn obróbkowy (Brand X). Jedna maszyna pełniła funkcję kontrolną i była standardowo konserwowana (płyn wymieniany tylko w przypadku widocznego zużycia). Pozostałe cztery maszyny stosowały ustrukturyzowany protokół:

• Stężenie:Pomiar wykonywany codziennie przy użyciu cyfrowego refraktometru (Atago PAL-1), skorygowany do 8% ±1% za pomocą koncentratu lub wody dejonizowanej.

• pH:Monitorowane codziennie za pomocą skalibrowanego miernika pH (Hanna HI98103), utrzymywane w granicach 8,5–9,2 przy użyciu dodatków zatwierdzonych przez producenta.

• Filtrowanie:Filtracja dwuetapowa: filtr workowy 40 µm, a następnie filtr wkładowy 10 µm. Wymiana filtrów następuje w zależności od różnicy ciśnień (wzrost ≥ 5 psi).

• Usuwanie oleju smarowego:Skimmer taśmowy pracuje w sposób ciągły; powierzchnia płynu sprawdzana jest codziennie, wydajność skimmera weryfikowana co tydzień (cel usuwania >95%).

• Płyn do makijażu:Do uzupełniania należy używać wyłącznie gotowego płynu (o stężeniu 8%).

2.2. Gromadzenie danych i narzędzia

• Zużycie narzędzi:Zużycie powierzchni przyłożenia (VBmax) mierzone na głównych krawędziach skrawających frezów trzpieniowych z węglików spiekanych 3-ostrzowych (Ø12 mm) za pomocą mikroskopu narzędziowego (Mitutoyo TM-505) po każdych 25 częściach. Narzędzia wymieniane przy VBmax = 0,3 mm.

• Analiza wiórów:Wióry zbierane po każdej partii. „Lepkość” oceniana w skali od 1 (sypki, suchy) do 5 (zbrylony, tłusty) przez 3 niezależnych operatorów. Zarejestrowano średnią ocenę. Dystrybucja wielkości wiórów analizowana okresowo.

• Stan płynu:Tygodniowa analiza próbek płynów przez niezależne laboratorium pod kątem liczby bakterii (CFU/ml), zawartości oleju obcego (%) oraz weryfikacji stężenia/pH.

• Przestój maszyny:Rejestrowane w przypadku wymiany narzędzi, zacięć spowodowanych wiórami i czynności związanych z konserwacją płynów.

3. Wyniki i analiza

3.1. Wydłużenie żywotności narzędzia
Narzędzia działające w ramach protokołu konserwacji strukturalnej konsekwentnie osiągały większą liczbę części przed koniecznością wymiany. Średnia żywotność narzędzia wzrosła o 28% (ze 175 części/narzędzie w systemie kontrolnym do 224 części/narzędzie w ramach protokołu). Rysunek 1 ilustruje porównanie stopniowego zużycia powierzchni przyłożenia.

3.2. Poprawa jakości wiórów
Wskaźniki lepkości wiórów wykazały znaczny spadek w ramach protokołu zarządzanego, osiągając średnio 1,8 w porównaniu z 4,1 w przypadku kontroli (redukcja o 73%). Płyn zarządzany generował bardziej suche, bardziej ziarniste wióry (rysunek 2), co znacząco poprawiło odprowadzanie i zmniejszyło liczbę zacięć maszyny. Przestoje związane z problemami z wiórami zmniejszyły się o 65%.

3.3. Stabilność płynów
Analiza laboratoryjna potwierdziła skuteczność protokołu:

• W systemach zarządzanych liczba bakterii utrzymywała się poniżej 10³ CFU/ml, podczas gdy w grupie kontrolnej do 6. tygodnia przekroczyła 10⁶ CFU/ml.

• Zawartość oleju obcego wynosiła średnio <0,5% w kontrolowanym płynie, w porównaniu do >3% w płynie kontrolnym.

• Stężenie i pH pozostały stabilne w zakresach docelowych dla kontrolowanego płynu, podczas gdy w przypadku kontroli zaobserwowano znaczący dryft (stężenie spadło do 5%, pH spadło do 7,8).

*Tabela 1: Kluczowe wskaźniki efektywności – płyn zarządzany i płyn kontrolny*

4. Dyskusja

4.1 Mechanizmy napędzające rezultaty
Ulepszenia wynikają bezpośrednio z działań konserwacyjnych:

• Stabilne stężenie i pH:Zapewnił stałą smarowność i hamowanie korozji, bezpośrednio redukując zużycie ścierne i chemiczne narzędzi. Stabilne pH zapobiegało rozkładowi emulgatorów, zachowując integralność płynu i zapobiegając „zakwaszaniu”, które zwiększa przyleganie wiórów.

• Skuteczna filtracja:Usunięcie drobnych cząstek metalu (wiórów) zmniejszyło zużycie ścierne narzędzi i elementów obrabianych. Czystszy płyn przepływał również efektywniej, chłodząc i czyszcząc wióry.

• Kontrola oleju trampowego:Oleje obce (ze smarów i płynów hydraulicznych) zaburzają emulsje, obniżają wydajność chłodzenia i stanowią pożywkę dla bakterii. Ich usunięcie było kluczowe dla zapobiegania jełczeniu i utrzymania stabilności płynu, co znacząco przyczyniło się do zmniejszenia ilości wiórów.

• Tłumienie bakterii:Utrzymywanie odpowiedniego stężenia, pH i usuwanie bakterii powodujących niedobór oleju, zapobieganie powstawaniu kwasów i szlamu, które pogarszają wydajność płynu, powodują korozję narzędzi oraz nieprzyjemne zapachy/lepkie wióry.

4.2. Ograniczenia i implikacje praktyczne
W niniejszym badaniu skupiono się na konkretnym płynie (półsyntetycznym) i stopie aluminium (6061-T6) w kontrolowanych, ale realistycznych warunkach produkcyjnych. Wyniki mogą się nieznacznie różnić w zależności od rodzaju płynu, stopu lub parametrów obróbki (np. obróbki z bardzo dużą prędkością). Jednakże podstawowe zasady kontroli stężenia, monitorowania pH, filtracji i usuwania oleju obcego mają uniwersalne zastosowanie.

• Koszt wdrożenia:Wymaga inwestycji w narzędzia monitorujące (refraktometr, miernik pH), systemy filtracji i skimmery.

• Praca:Wymaga od operatorów codziennej, zdyscyplinowanej kontroli i regulacji.

• Zwrot z inwestycji:Wykazano, że 28% wzrost trwałości narzędzi i 65% redukcja przestojów spowodowanych wiórami zapewniają wyraźny zwrot z inwestycji, rekompensując koszty programu konserwacji i sprzętu do zarządzania płynami. Dodatkową oszczędnością jest rzadsza wymiana płynu (dzięki dłuższej żywotności zbiornika).

5. Wnioski

Utrzymanie odpowiedniego poziomu płynu do obróbki aluminium CNC nie jest opcjonalne dla optymalnej wydajności; jest to kluczowa praktyka operacyjna. Niniejsze badanie pokazuje, że ustrukturyzowany protokół skupiający się na codziennym monitorowaniu stężenia i pH (cele: 7-9%, pH 8,5-9,2), dwuetapowej filtracji (40 µm + 10 µm) oraz agresywnym usuwaniu oleju obcego (>95%) przynosi znaczące, wymierne korzyści:

1. Wydłużona żywotność narzędzia:Średni wzrost o 28%, co bezpośrednio przekłada się na redukcję kosztów narzędzi.

2. Ściereczki czyszczące:O 73% mniejsza lepkość, znacznie lepsza ewakuacja wiórów i mniejsza liczba zacięć/przestojów maszyny (redukcja o 65%).

3. Płyn stabilny:Zahamowano wzrost bakterii i zachowano integralność emulsji.

Fabryki powinny priorytetowo traktować wdrażanie zdyscyplinowanych programów zarządzania płynami. Przyszłe badania mogłyby zbadać wpływ konkretnych pakietów dodatków w ramach tego protokołu lub integrację zautomatyzowanych systemów monitorowania płynów w czasie rzeczywistym.