Cum să întreții fluidul de tăiere CNC pentru aluminiu pentru o durată de viață mai lungă a sculei și așchii mai curate

 PFT, Shenzhen

Menținerea condițiilor optime ale fluidului de așchiere CNC pentru aluminiu are un impact direct asupra uzurii sculelor și a calității așchiilor. Acest studiu evaluează protocoalele de gestionare a fluidelor prin teste de prelucrare controlate și analize ale fluidelor. Rezultatele demonstrează că monitorizarea constantă a pH-ului (interval țintă 8,5-9,2), menținerea concentrației între 7-9% folosind refractometria și implementarea filtrării în două etape (40 µm urmată de 10 µm) prelungesc durata de viață a sculelor cu o medie de 28% și reduc aderența așchiilor cu 73% în comparație cu fluidul negestionat. Eliminarea regulată a uleiului rezidual (îndepărtare >95% săptămânală) previne creșterea bacteriilor și instabilitatea emulsiei. Gestionarea eficientă a fluidelor reduce costurile sculelor și timpul de nefuncționare a mașinilor.

1. Introducere

Prelucrarea CNC a aluminiului necesită precizie și eficiență. Fluidele de așchiere sunt esențiale pentru răcire, lubrifiere și evacuarea așchiilor. Cu toate acestea, degradarea fluidelor – cauzată de contaminare, creșterea bacteriilor, deviația concentrației și acumularea de ulei rezidual – accelerează uzura sculelor și compromite îndepărtarea așchiilor, ducând la creșterea costurilor și a timpilor de nefuncționare. Până în 2025, optimizarea întreținerii fluidelor rămâne o provocare operațională cheie. Acest studiu cuantifică impactul protocoalelor specifice de întreținere asupra longevității sculelor și a caracteristicilor așchiilor în producția CNC de aluminiu în volum mare.

2. Metode

2.1. Design experimental și sursa datelor
Testele de prelucrare controlată au fost efectuate pe parcursul a 12 săptămâni pe 5 freze CNC identice (Haas VF-2) care procesează aluminiu 6061-T6. Un fluid de tăiere semisintetic (Marca X) a fost utilizat pe toate mașinile. O mașină a servit drept control cu întreținere standard, reactivă (fluidul se schimbă doar atunci când este vizibil degradat). Celelalte patru au implementat un protocol structurat:

• Concentraţie:Măsurat zilnic folosind un refractometru digital (Atago PAL-1), ajustat la 8% ±1% cu concentrat sau apă deionizată.

• pH:Monitorizat zilnic folosind un pH-metru calibrat (Hanna HI98103), menținut între 8,5-9,2 folosind aditivi aprobați de producător.

• Filtrare:Filtrare în două etape: filtru cu sac de 40 µm urmat de un filtru cu cartuș de 10 µm. Filtrele se schimbă în funcție de diferența de presiune (creștere ≥ 5 psi).

• Îndepărtarea uleiului rezidual:Skimmerul cu bandă funcționează continuu; suprafața fluidului este verificată zilnic, iar eficiența skimmerului este verificată săptămânal (țintă de îndepărtare >95%).

• Fluid de machiaj:Doar fluid preamestecat (la o concentrație de 8%) este utilizat pentru completare.

2.2. Colectarea datelor și instrumente

• Uzura sculelor:Uzura pe flanc (VBmax) măsurată pe muchiile așchietoare primare ale frezelor frontale din carbură cu 3 caneluri (Ø12 mm) folosind un microscop pentru producători de scule (Mitutoyo TM-505) după fiecare 25 de piese. Sculele înlocuite la VBmax = 0,3 mm.

• Analiza șpanurilor:Așchii colectate după fiecare lot. „Lipiciozitatea” a fost evaluată pe o scară de la 1 (curgere liberă, uscată) la 5 (aglomerată, grasă) de către 3 operatori independenți. Scorul mediu a fost înregistrat. Distribuția dimensiunii așchiilor a fost analizată periodic.

• Starea fluidului:Probe de fluide săptămânale analizate de un laborator independent pentru numărarea bacteriilor (UFC/mL), conținutul de ulei vegetal (%) și verificarea concentrației/pH-ului.

• Timp de nefuncționare a mașinii:Înregistrate pentru schimbări de scule, blocaje cauzate de așchii și activități de întreținere a fluidelor.

3. Rezultate și analiză

3.1. Prelungirea duratei de viață a sculei
Sculele care funcționează conform protocolului de întreținere structurat au atins în mod constant un număr mai mare de piese înainte de a necesita înlocuire. Durata medie de viață a sculei a crescut cu 28% (de la 175 piese/sculă în modul de control la 224 piese/sculă conform protocolului). Figura 1 ilustrează comparația uzurii progresive a flancului.

3.2. Îmbunătățirea calității așchiilor
Ratele de aderență a așchiilor au arătat o scădere dramatică în cadrul protocolului gestionat, ajungând la o medie de 1,8 comparativ cu 4,1 pentru control (reducere de 73%). Fluidul gestionat a produs așchii mai uscate și mai granulare (Figura 2), îmbunătățind semnificativ evacuarea și reducând blocajele mașinii. Timpul de nefuncționare legat de problemele legate de așchii a scăzut cu 65%.

3.3. Stabilitatea fluidelor
Analizele de laborator au confirmat eficacitatea protocolului:

• Numărul de bacterii a rămas sub 10³ UFC/mL în sistemele gestionate, în timp ce în grupul de control a depășit 10⁶ UFC/mL până în săptămâna 6.

• Conținutul mediu de petrol rezidual a fost <0,5% în fluidul gestionat față de >3% în cel de control.

• Concentrația și pH-ul au rămas stabile în intervalele țintă pentru fluidul gestionat, în timp ce controlul a prezentat o deviație semnificativă (concentrația scăzând la 5%, pH-ul scăzând la 7,8).

*Tabelul 1: Indicatori cheie de performanță – Fluid gestionat vs. fluid de control*

4. Discuție

4.1. Mecanisme care determină obținerea rezultatelor
Îmbunătățirile provin direct din acțiunile de întreținere:

• Concentrație și pH stabile:A asigurat o lubrifiere constantă și o inhibare a coroziunii, reducând direct uzura abrazivă și chimică a sculelor. PH-ul stabil a prevenit descompunerea emulgatorilor, menținând integritatea fluidului și prevenind „acrirea” care crește aderența așchiilor.

• Filtrare eficientă:Îndepărtarea particulelor fine de metal (așchii) a redus uzura abrazivă a sculelor și pieselor de prelucrat. Fluidul mai curat a curs, de asemenea, mai eficient pentru răcire și curățarea așchiilor.

• Controlul petrolului rezidual:Uleiul rezidual (din lubrifiantul de cale, fluidul hidraulic) perturbă emulsiile, reduce eficiența răcirii și oferă o sursă de hrană pentru bacterii. Îndepărtarea sa a fost esențială pentru prevenirea râncezirii și menținerea stabilității fluidului, contribuind semnificativ la creșterea curățării așchiilor.

• Supresie bacteriană:Menținerea concentrației, a pH-ului și eliminarea bacteriilor care afectează negativ uleiul, prevenind acizii și nămolul pe care aceștia le produc, care degradează performanța fluidului, corodează uneltele și provoacă mirosuri neplăcute/așchii lipicioase.

4.2. Limitări și implicații practice
Acest studiu s-a concentrat pe un fluid specific (semisintetic) și un aliaj de aluminiu (6061-T6) în condiții de producție controlate, dar realiste. Rezultatele pot varia ușor în funcție de diferite fluide, aliaje sau parametri de prelucrare (de exemplu, prelucrare la viteză foarte mare). Cu toate acestea, principiile de bază ale controlului concentrației, monitorizării pH-ului, filtrării și îndepărtării uleiului rezidual sunt universal aplicabile.

• Costul implementării:Necesită investiții în instrumente de monitorizare (refractometru, pH-metru), sisteme de filtrare și skimmere.

• Muncă:Necesită verificări și ajustări zilnice disciplinate din partea operatorilor.

• Randamentul investiției:Creșterea demonstrată cu 28% a duratei de viață a sculelor și reducerea cu 65% a timpilor de nefuncționare cauzați de așchii oferă o rentabilitate clară a investiției, compensând costurile programului de întreținere și ale echipamentelor de gestionare a fluidelor. Frecvența redusă de eliminare a fluidelor (datorită duratei de viață mai lungi a bazinului) reprezintă o economie suplimentară.

5. Concluzie

Întreținerea fluidului de tăiere CNC pentru aluminiu nu este opțională pentru performanțe optime; este o practică operațională critică. Acest studiu demonstrează că un protocol structurat axat pe monitorizarea zilnică a concentrației și a pH-ului (ținte: 7-9%, pH 8,5-9,2), filtrarea în două etape (40µm + 10µm) și îndepărtarea agresivă a uleiului rezidual (>95%) oferă beneficii semnificative și măsurabile:

1. Durată de viață extinsă a sculei:Creștere medie de 28%, reducând direct costurile cu sculele.

2. Așchii de curățare:Reducere cu 73% a aderenței, îmbunătățind drastic evacuarea așchiilor și reducând blocajele/timpul de nefuncționare al mașinii (reducere cu 65%).

3. Fluid stabil:Suprimarea creșterii bacteriene și menținerea integrității emulsiei.

Fabricile ar trebui să acorde prioritate implementării unor programe disciplinate de gestionare a fluidelor. Cercetările viitoare ar putea explora impactul anumitor pachete de aditivi în cadrul acestui protocol sau integrarea sistemelor automate de monitorizare a fluidelor în timp real.