Как поддерживать смазочно-охлаждающую жидкость для обработки алюминия с ЧПУ для продления срока службы инструмента и более чистой стружки

 PFT, Шэньчжэнь

Поддержание оптимального состояния смазочно-охлаждающей жидкости для обработки алюминия на станках с ЧПУ напрямую влияет на износ инструмента и качество стружки. В данном исследовании оцениваются протоколы управления смазочно-охлаждающей жидкостью посредством контролируемых испытаний на станках и анализа жидкости. Результаты показывают, что постоянный мониторинг pH (целевой диапазон 8,5–9,2), поддержание концентрации в диапазоне 7–9% с помощью рефрактометрии и двухступенчатая фильтрация (40 мкм, затем 10 мкм) продлевают срок службы инструмента в среднем на 28% и снижают липкость стружки на 73% по сравнению с обычной смазочно-охлаждающей жидкостью. Регулярное удаление посторонних примесей (удаление более 95% в неделю) предотвращает рост бактерий и нестабильность эмульсии. Эффективное управление смазочно-охлаждающей жидкостью снижает затраты на инструмент и время простоя оборудования.

1. Введение

Обработка алюминия на станках с ЧПУ требует точности и эффективности. Смазочно-охлаждающие жидкости критически важны для охлаждения, смазки и удаления стружки. Однако деградация жидкости, вызванная загрязнением, ростом бактерий, дрейфом концентрации и накоплением посторонних масел, ускоряет износ инструмента и затрудняет удаление стружки, что приводит к увеличению затрат и простоев. К 2025 году оптимизация обслуживания СОЖ останется ключевой эксплуатационной задачей. В данном исследовании количественно оценивается влияние конкретных протоколов обслуживания на долговечность инструмента и характеристики стружки при крупносерийном производстве алюминия с ЧПУ.

2. Методы

2.1 Экспериментальный дизайн и источник данных
Испытания контролируемой обработки проводились в течение 12 недель на пяти идентичных фрезерных станках с ЧПУ (Haas VF-2) для обработки алюминия марки 6061-T6. На всех станках использовалась полусинтетическая смазочно-охлаждающая жидкость (Brand X). Один станок служил контрольным и проводил стандартное реактивное техническое обслуживание (замена жидкости производилась только при видимом ухудшении состояния). На остальных четырёх был реализован структурированный протокол:

• Концентрация:Измеряется ежедневно с помощью цифрового рефрактометра (Atago PAL-1), корректируется до 8% ±1% концентратом или деионизированной водой.

• рН:Ежедневный контроль с помощью калиброванного pH-метра (Hanna HI98103), поддержание в пределах 8,5–9,2 с использованием добавок, одобренных производителем.

• Фильтрация:Двухступенчатая фильтрация: рукавный фильтр 40 мкм, затем картриджный фильтр 10 мкм. Фильтры меняются в зависимости от перепада давления (повышение ≥ 5 фунтов на кв. дюйм).

• Удаление посторонних масел:Ленточный скиммер работал непрерывно; поверхность жидкости проверялась ежедневно, эффективность скиммера проверялась еженедельно (целевой показатель удаления >95%).

• Жидкость для макияжа:Для доливки используйте только предварительно смешанную жидкость (концентрацией 8%).

2.2 Сбор данных и инструменты

• Износ инструмента:Износ по задней поверхности (VBmax) измерялся на главных режущих кромках трёхзубых твердосплавных концевых фрез (Ø12 мм) с помощью инструментального микроскопа (Mitutoyo TM-505) после каждых 25 деталей. Инструменты заменялись при VBmax = 0,3 мм.

• Анализ стружки:Стружка собирается после каждой партии. «Липкость» оценивается по шкале от 1 (сыпучая, сухая) до 5 (слипающаяся, жирная) тремя независимыми операторами. Регистрируется средний балл. Распределение размеров стружки периодически анализируется.

• Состояние жидкости:Еженедельные пробы жидкости анализируются независимой лабораторией на количество бактерий (КОЕ/мл), содержание чужеродных масел (%) и проверку концентрации/pH.

• Время простоя машины:Регистрируется смена инструмента, застревание стружки и работы по техническому обслуживанию жидкостей.

3. Результаты и анализ

3.1. Продление срока службы инструмента
Инструменты, работающие по структурированному протоколу технического обслуживания, стабильно обеспечивали более высокий показатель износа до замены. Средний срок службы инструмента увеличился на 28% (со 175 деталей на инструмент в контрольной группе до 224 деталей на инструмент при использовании протокола). На рисунке 1 представлено сравнение прогрессирующего износа задней поверхности.

3.2 Улучшение качества стружки
Оценка липкости стружки значительно снизилась при использовании управляемого протокола, составив в среднем 1,8 по сравнению с 4,1 в контрольном варианте (снижение на 73%). Использование управляемой жидкости привело к образованию более сухой и зернистой стружки (рис. 2), что значительно улучшило её удаление и уменьшило застревание станка. Время простоя, связанное со стружкой, сократилось на 65%.

3.3 Стабильность жидкости
Лабораторный анализ подтвердил эффективность протокола:

• Количество бактерий оставалось ниже 10³ КОЕ/мл в контролируемых системах, тогда как в контрольной группе к 6-й неделе показатель превысил 10⁶ КОЕ/мл.

• Содержание посторонних нефтепродуктов в контролируемой жидкости в среднем составило <0,5% против >3% в контрольной.

• Концентрация и pH оставались стабильными в пределах целевых диапазонов для контролируемой жидкости, в то время как контроль показал значительный дрейф (концентрация снизилась до 5%, pH снизился до 7,8).

*Таблица 1: Ключевые показатели эффективности – Управляемая и контрольная жидкость*

4. Обсуждение

4.1. Механизмы, определяющие результаты
Улучшения являются прямым результатом мероприятий по техническому обслуживанию:

• Стабильная концентрация и pH:Обеспечивает стабильную смазывающую способность и защиту от коррозии, напрямую снижая абразивный и химический износ инструментов. Стабильный pH предотвращает разрушение эмульгаторов, сохраняя целостность жидкости и предотвращая «закисание», приводящее к налипанию стружки.

• Эффективная фильтрация:Удаление мелких металлических частиц (стружки) снизило абразивный износ инструментов и заготовок. Более чистая жидкость также обеспечивала более эффективное охлаждение и смыв стружки.

• Контроль за бродячим маслом:Посторонние масла (из смазочных материалов направляющих, гидравлической жидкости) разрушают эмульсии, снижают эффективность охлаждения и служат питательной средой для бактерий. Их удаление имело решающее значение для предотвращения прогорклости и поддержания стабильности жидкости, что значительно способствовало более чистому стружкодроблению.

• Подавление бактерий:Поддержание концентрации, уровня pH и удаление бактерий, страдающих от недостатка масла, предотвращение образования кислот и слизи, которые они производят, что ухудшает эксплуатационные характеристики жидкости, вызывает коррозию инструментов и приводит к появлению неприятных запахов/липкой стружки.

4.2 Ограничения и практические выводы
Данное исследование было посвящено конкретной жидкости (полусинтетической) и алюминиевому сплаву (6061-T6) в контролируемых, но реалистичных производственных условиях. Результаты могут незначительно различаться в зависимости от жидкости, сплава или параметров обработки (например, высокоскоростной обработки). Однако основные принципы контроля концентрации, мониторинга pH, фильтрации и удаления посторонних масел применимы повсеместно.

• Стоимость внедрения:Требуются инвестиции в инструменты мониторинга (рефрактометр, pH-метр), системы фильтрации и скиммеры.

• Труд:Требует дисциплинированных ежедневных проверок и корректировок со стороны операторов.

• Рентабельность инвестиций:Продемонстрированное увеличение срока службы инструмента на 28% и сокращение простоев из-за стружки на 65% обеспечивают явную окупаемость инвестиций, компенсируя затраты на программу технического обслуживания и оборудование для управления жидкостями. Сокращение частоты слива жидкости (благодаря более длительному сроку службы маслосборника) обеспечивает дополнительную экономию.

5. Заключение

Поддержание уровня смазочно-охлаждающей жидкости для обработки алюминия на станках с ЧПУ не является обязательным условием для оптимальной производительности; это критически важная производственная практика. Данное исследование показывает, что структурированный протокол, ориентированный на ежедневный мониторинг концентрации и pH (целевые значения: 7–9%, pH 8,5–9,2), двухступенчатую фильтрацию (40 мкм + 10 мкм) и интенсивное удаление примесей масла (>95%), обеспечивает значительные измеримые преимущества:

1. Увеличенный срок службы инструмента:Средний рост составил 28%, что напрямую снижает затраты на оснастку.

2. Очиститель стружки:Снижение липкости на 73%, значительное улучшение отвода стружки и сокращение застреваний/простоев станка (снижение на 65%).

3. Стабильная жидкость:Подавление роста бактерий и сохранение целостности эмульсии.

Заводам следует отдать приоритет внедрению программ дисциплинированного управления жидкостями. В будущих исследованиях можно было бы изучить влияние конкретных пакетов присадок в рамках этого протокола или интеграцию автоматизированных систем мониторинга жидкостей в режиме реального времени.