Alumiinin CNC-leikkausnesteen ylläpito pidemmän työkalun käyttöiän ja puhtaamman lastujen saamiseksi

 PFT, Shenzhen

Alumiinin CNC-leikkausnesteen optimaalisen kunnon ylläpitäminen vaikuttaa suoraan työkalun kulumiseen ja lastujen laatuun. Tässä tutkimuksessa arvioidaan nesteenhallintaprotokollia kontrolloitujen työstökokeiden ja nesteanalyysin avulla. Tulokset osoittavat, että johdonmukainen pH-arvon seuranta (tavoitealue 8,5–9,2), pitoisuuden pitäminen 7–9 %:n välillä refraktometrialla ja kaksivaiheisen suodatuksen käyttöönotto (40 µm ja sitten 10 µm) pidentävät työkalun käyttöikää keskimäärin 28 % ja vähentävät lastujen tahmeutta 73 % verrattuna hallitsemattomaan nesteeseen. Säännöllinen roskaöljyn kuorinta (>95 %:n poisto viikoittain) estää bakteerien kasvua ja emulsion epävakautta. Tehokas nesteenhallinta vähentää työkalukustannuksia ja koneiden seisokkiaikoja.

1. Johdanto

Alumiinin CNC-työstö vaatii tarkkuutta ja tehokkuutta. Leikkausnesteet ovat kriittisiä jäähdytyksen, voitelun ja lastunpoiston kannalta. Nesteiden heikkeneminen – johtuen kontaminaatiosta, bakteerien kasvusta, pitoisuusajautumisesta ja roskaöljyn kertymisestä – kiihdyttää kuitenkin työkalun kulumista ja heikentää lastujen poistoa, mikä johtaa kustannusten ja seisokkiaikojen kasvuun. Vuoteen 2025 mennessä nesteiden huollon optimointi on edelleen keskeinen operatiivinen haaste. Tässä tutkimuksessa määritetään tiettyjen huoltoprotokollien vaikutus työkalun kestävyyteen ja lastujen ominaisuuksiin alumiinin CNC-tuotannon suurtuotannossa.

2. Menetelmät

2.1. Kokeellinen suunnittelu ja tietolähde
Kontrolloituja koneistustestejä tehtiin 12 viikon ajan viidellä identtisellä CNC-jyrsinkoneella (Haas VF-2), jotka työstivät 6061-T6-alumiinia. Kaikissa koneissa käytettiin puolisynteettistä leikkuunestettä (Brand X). Yksi kone toimi kontrollikoneena, jossa suoritettiin vakiohuolto, reaktiivisesti (neste vaihtui vain, jos se vaurioitui näkyvästi). Neljässä muussa koneessa käytettiin strukturoitua protokollaa:

• Pitoisuus:Mitataan päivittäin digitaalisella refraktometrillä (Atago PAL-1), säädetty 8 % ±1 %:iin tiivisteellä tai deionisoidulla vedellä.

• pH-arvo:Seurataan päivittäin kalibroidulla pH-mittarilla (Hanna HI98103), pidetään 8,5–9,2 välillä valmistajan hyväksymillä lisäaineilla.

• Suodatus:Kaksivaiheinen suodatus: 40 µm:n pussisuodatin ja 10 µm:n patruunasuodatin. Suodattimet vaihdetaan paine-eron mukaan (≥ 5 psi:n nousu).

• Öljynpoisto roskista:Hihnakiimaria käytettiin jatkuvasti; nestepinta tarkastettiin päivittäin, imuroinnin tehokkuus varmistettiin viikoittain (poistotavoite >95 %).

• Meikkineste:Täydennyksiin käytetään vain valmiiksi sekoitettua nestettä (8 %:n vahvuisena).

2.2. Tiedonkeruu ja työkalut

• Työkalun kuluminen:Kolmiuraisten kovametallijyrsinkoneiden (Ø12 mm) etusärmien reunan kuluminen (VBmax) mitattuna työkalunvalmistajan mikroskoopilla (Mitutoyo TM-505) 25 kappaleen välein. Työkalut vaihdettiin, kun VBmax = 0,3 mm.

• Lastuanalyysi:Lastuja kerätään jokaisen erän jälkeen. ”Tahmeus” arvioidaan asteikolla 1 (irtonainen, kuiva) - 5 (paakkuuntunut, rasvainen) kolmen riippumattoman toimijan toimesta. Keskimääräinen pistemäärä kirjataan. Lastujen kokojakauma analysoidaan säännöllisesti.

• Nesteen kunto:Riippumaton laboratorio analysoi viikoittain nestenäytteitä bakteerimäärän (CFU/ml), roskaöljypitoisuuden (%) ja pitoisuuden/pH:n varmentamiseksi.

• Koneen seisokkiaika:Tallennettu työkalunvaihdoista, lastujen aiheuttamista jumiutumisista ja nesteiden huoltotoimista.

3. Tulokset ja analyysi

3.1. Työkalun käyttöiän pidentäminen
Strukturoidun kunnossapitoprotokollan mukaisesti toimivat työkalut saavuttivat jatkuvasti korkeamman osien määrän ennen vaihtotarvetta. Keskimääräinen työkalun käyttöikä nousi 28 % (175 osasta/työkalu kontrollissa 224 osaan/työkalu protokollan mukaisesti). Kuva 1 havainnollistaa progressiivista reunan kulumista vertailussa.

3.2. Lastujen laadun parantaminen
Lastujen tahmeusarvot laskivat dramaattisesti hallitussa protokollassa, keskimäärin 1,8 verrattuna kontrollin 4,1:een (73 %:n lasku). Hallittu neste tuotti kuivempia ja rakeisempia lastuja (kuva 2), mikä paransi merkittävästi tyhjennystä ja vähensi koneen jumiutumisia. Lastujen aiheuttamiin ongelmiin liittyvä seisokkiaika lyheni 65 %.

3.3. Nesteen stabiilius
Laboratorioanalyysit vahvistivat protokollan tehokkuuden:

• Bakteerimäärät pysyivät alle 10³ CFU/ml hallituissa järjestelmissä, kun taas kontrolliryhmässä ne ylittivät 10⁶ CFU/ml viikolla 6.

• Kuljetusöljyn pitoisuus oli keskimäärin <0,5 % hallitussa nesteessä verrattuna >3 %:iin kontrollissa.

• Pitoisuus ja pH pysyivät vakaina hallitun nesteen tavoitealueella, kun taas kontrollissa havaittiin merkittävää poikkeamaa (pitoisuus laski 5 %:iin, pH laski 7,8:aan).

*Taulukko 1: Keskeiset suorituskykyindikaattorit – Hallittu vs. kontrollifluidi*

4. Keskustelu

4.1. Tuloksiin vaikuttavat mekanismit
Parannukset johtuvat suoraan ylläpitotoimista:

• Vakaa pitoisuus ja pH:Varmisti tasaisen voitelevuuden ja korroosioneston, mikä vähensi suoraan työkalujen hankaavaa ja kemiallista kulumista. Vakaa pH esti emulgointiaineiden hajoamisen, säilytti nesteen eheyden ja esti "happamoitumisen", joka lisää lastujen tarttumista.

• Tehokas suodatus:Hienojen metallihiukkasten (lastujen hienojakoisten hiukkasten) poisto vähensi työkalujen ja työkappaleiden hankauskulumista. Puhdistusneste virtasi myös tehokkaammin jäähdytykseen ja lastujen pesuun.

• Kulkuöljyn torjunta:Jäteöljy (tieöljystä, hydrauliikkanesteestä) häiritsee emulsioita, heikentää jäähdytystehokkuutta ja tarjoaa ravintoa bakteereille. Sen poistaminen oli ratkaisevan tärkeää härskiintymisen estämiseksi ja nesteen vakauden ylläpitämiseksi, mikä osaltaan edisti merkittävästi puhtaampien lastujen syntymistä.

• Bakteerien tukahduttaminen:Ylläpitää pitoisuutta ja pH:ta sekä poistaa öljyn puutteesta kärsiviä bakteereja, estäen niiden tuottamia happoja ja limaa, jotka heikentävät nesteen suorituskykyä, syövyttävät työkaluja ja aiheuttavat epämiellyttäviä hajuja/tahmeita lastuja.

4.2. Rajoitukset ja käytännön vaikutukset
Tämä tutkimus keskittyi tiettyyn nesteeseen (puolisynteettinen) ja alumiiniseokseen (6061-T6) kontrolloiduissa mutta realistisissa tuotanto-olosuhteissa. Tulokset voivat vaihdella hieman eri nesteiden, seosten tai työstöparametrien (esim. erittäin nopea työstö) mukaan. Konsentraation hallinnan, pH-arvon seurannan, suodatuksen ja roskaöljyn poiston perusperiaatteet ovat kuitenkin yleisesti sovellettavissa.

• Toteutuskustannukset:Vaatii investointeja valvontalaitteisiin (refraktometri, pH-mittari), suodatusjärjestelmiin ja pintasuodattimiin.

• Työvoima:Edellyttää käyttäjien kurinalaisia päivittäisiä tarkastuksia ja säätöjä.

• ROI:Työkalun käyttöiän pidennys 28 % ja lastujen aiheuttaman seisokkiajan 65 %:n väheneminen tuottavat selkeän sijoitetun pääoman tuoton, mikä kompensoi huolto-ohjelman ja nesteenhallintalaitteiden kustannuksia. Nesteen hävitysvälin harventuminen (sumpun pidemmän käyttöiän ansiosta) on lisäsäästö.

5. Johtopäätös

Alumiinin CNC-leikkausnesteen huolto ei ole valinnaista optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi; se on kriittinen operatiivinen käytäntö. Tämä tutkimus osoittaa, että strukturoitu protokolla, joka keskittyy päivittäiseen pitoisuuden ja pH:n seurantaan (tavoitteet: 7–9 %, pH 8,5–9,2), kaksivaiheiseen suodatukseen (40 µm + 10 µm) ja aggressiiviseen roskaöljyn poistoon (>95 %), tuottaa merkittäviä, mitattavia etuja:

1. Pidennetty työkalun käyttöikä:Keskimääräinen 28 %:n nousu, mikä vähentää suoraan työkalukustannuksia.

2. Puhdistuslastut:73 %:n vähennys tahmeudessa, mikä parantaa merkittävästi lastunpoistoa ja vähentää koneen jumiutumista/seisokkeja (65 %:n vähennys).

3. Stabiili neste:Esti bakteerien kasvua ja säilytti emulsion eheyden.

Tehtaiden tulisi priorisoida kurinalaisten nesteenhallintaohjelmien toteuttamista. Tulevassa tutkimuksessa voitaisiin selvittää tiettyjen lisäainepakettien vaikutusta tässä protokollassa tai automatisoitujen reaaliaikaisten nesteenhallintajärjestelmien integrointia.