Slik vedlikeholder du CNC-skjærevæske i aluminium for lengre verktøylevetid og renere spon

 PFT, Shenzhen

Å opprettholde optimal tilstand av CNC-skjærevæsken i aluminium påvirker direkte verktøyslitasje og sponkvalitet. Denne studien evaluerer væskehåndteringsprotokoller gjennom kontrollerte maskineringsforsøk og væskeanalyse. Resultatene viser at konsekvent pH-overvåking (målområde 8,5–9,2), opprettholdelse av konsentrasjon mellom 7–9 % ved bruk av refraktometri og implementering av totrinnsfiltrering (40 µm etterfulgt av 10 µm) forlenger verktøyets levetid med gjennomsnittlig 28 % og reduserer sponens klebrighet med 73 % sammenlignet med ukontrollert væske. Regelmessig avskumning av friksjonsolje (>95 % fjerning ukentlig) forhindrer bakterievekst og emulsjonsinstabilitet. Effektiv væskehåndtering reduserer verktøykostnader og maskinnedetid.

1. Innledning

CNC-maskinering av aluminium krever presisjon og effektivitet. Skjærevæsker er avgjørende for kjøling, smøring og sponfjerning. Væskenedbrytning – forårsaket av forurensning, bakterievekst, konsentrasjonsdrift og opphopning av flytende olje – akselererer imidlertid verktøyslitasje og kompromitterer sponfjerning, noe som fører til økte kostnader og nedetid. Innen 2025 vil optimalisering av væskevedlikehold fortsatt være en sentral driftsutfordring. Denne studien kvantifiserer effekten av spesifikke vedlikeholdsprotokoller på verktøyets levetid og sponegenskaper i CNC-produksjon av aluminium i store volum.

2. Metoder

2.1. Eksperimentell design og datakilde
Kontrollerte maskineringstester ble utført over 12 uker på 5 identiske CNC-freser (Haas VF-2) som bearbeidet 6061-T6 aluminium. En halvsyntetisk skjærevæske (merke X) ble brukt på tvers av alle maskiner. Én maskin fungerte som kontroll med standard, reaktivt vedlikehold (væskeskift kun når den er synlig degradert). De fire andre implementerte en strukturert protokoll:

• Konsentrasjon:Målt daglig med et digitalt refraktometer (Atago PAL-1), justert til 8 % ± 1 % med konsentrat eller deionisert vann.

• pH:Overvåkes daglig med et kalibrert pH-måler (Hanna HI98103), opprettholdt mellom 8,5–9,2 med produsentgodkjente tilsetningsstoffer.

• Filtrering:Totrinnsfiltrering: 40 µm posefilter etterfulgt av et 10 µm patronfilter. Filtre byttes basert på trykkforskjell (økning på ≥ 5 psi).

• Fjerning av trampolje:Båndskimmeren drives kontinuerlig; væskeoverflaten kontrolleres daglig, skimmereffektiviteten verifiseres ukentlig (>95 % fjerningsmål).

• Sminkevæske:Kun ferdigblandet væske (med 8 % konsentrasjon) brukes til påfyll.

2.2. Datainnsamling og verktøy

• Verktøyslitasje:Flankeslitasje (VBmax) målt på primære skjærekanter av 3-skjærs hardmetallpinnefreser (Ø12 mm) ved bruk av et verktøymakermikroskop (Mitutoyo TM-505) etter hver 25. del. Verktøy byttes ut ved VBmax = 0,3 mm.

• Sponanalyse:Spon samlet inn etter hver omgang. «Klebrighet» vurdert på en skala fra 1 (frittflytende, tørr) til 5 (klumpete, fettete) av 3 uavhengige operatører. Gjennomsnittlig poengsum registrert. Sponstørrelsesfordeling analysert med jevne mellomrom.

• Væsketilstand:Ukentlige væskeprøver analysert av et uavhengig laboratorium for bakterietall (CFU/ml), innhold av flytende olje (%) og verifisering av konsentrasjon/pH.

• Maskinens nedetid:Registrert for verktøyskift, sponrelaterte blokkeringer og væskevedlikeholdsaktiviteter.

3. Resultater og analyse

3.1. Forlengelse av verktøyets levetid
Verktøy som ble brukt under den strukturerte vedlikeholdsprotokollen oppnådde konsekvent høyere antall deler før de måtte byttes ut. Gjennomsnittlig levetid for verktøyet økte med 28 % (fra 175 deler/verktøy i kontrollen til 224 deler/verktøy under protokollen). Figur 1 illustrerer den progressive flankeslitasjesammenligningen.

3.2. Forbedring av sponkvaliteten
Sponklebrighetsvurderingene viste en dramatisk reduksjon under den administrerte protokollen, med et gjennomsnitt på 1,8 sammenlignet med 4,1 for kontrollen (73 % reduksjon). Den administrerte væsken produserte tørrere og mer granulære spon (figur 2), noe som forbedret evakueringen betydelig og reduserte maskinblokkeringer. Nedetid relatert til sponproblemer ble redusert med 65 %.

3.3. Væskestabilitet
Laboratorieanalyse bekreftet protokollens effektivitet:

• Bakterietallet holdt seg under 10³ CFU/ml i administrerte systemer, mens kontrollen oversteg 10⁶ CFU/ml innen uke 6.

• Trampoljeinnholdet var i gjennomsnitt <0,5 % i administrert væske kontra >3 % i kontrollen.

• Konsentrasjon og pH forble stabile innenfor målområdene for håndtert væske, mens kontrollen viste betydelig drift (konsentrasjonen falt til 5 %, pH falt til 7,8).

*Tabell 1: Viktige ytelsesindikatorer – administrert vs. kontrollvæske*

4. Diskusjon

4.1. Mekanismer som driver resultater
Forbedringene stammer direkte fra vedlikeholdstiltakene:

• Stabil konsentrasjon og pH:Sikrer jevn smøreevne og korrosjonshemming, noe som direkte reduserer slipende og kjemisk slitasje på verktøy. Stabil pH forhindret nedbrytning av emulgatorer, opprettholdt væskeintegriteten og forhindret "surning" som øker sponvedheft.

• Effektiv filtrering:Fjerning av fine metallpartikler (spon) reduserte slipemiddel på verktøy og arbeidsstykker. Renere væske strømmet også mer effektivt for kjøling og sponvask.

• Kontroll av trampolje:Sperreolje (fra veismøremiddel, hydraulikkvæske) ødelegger emulsjoner, reduserer kjøleeffektiviteten og gir en næringskilde for bakterier. Fjerningen av denne var avgjørende for å forhindre harskning og opprettholde væskestabilitet, noe som bidro betydelig til renere spon.

• Bakteriell undertrykkelse:Opprettholder konsentrasjon og pH-verdi og fjerner bakterier som ikke er egnet for flytende olje, og forhindrer syrer og slim de produserer, noe som forringer væskens ytelse, korroderer verktøy og forårsaker vond lukt/klebrige spon.

4.2. Begrensninger og praktiske implikasjoner
Denne studien fokuserte på en spesifikk væske (halvsyntetisk) og aluminiumlegering (6061-T6) under kontrollerte, men realistiske produksjonsforhold. Resultatene kan variere noe med forskjellige væsker, legeringer eller maskineringsparametere (f.eks. maskinering med svært høy hastighet). Kjerneprinsippene for konsentrasjonskontroll, pH-overvåking, filtrering og fjerning av friksjonsolje er imidlertid universelt anvendelige.

• Implementeringskostnad:Krever investering i overvåkingsverktøy (refraktometer, pH-måler), filtreringssystemer og skimmere.

• Arbeid:Krever disiplinerte daglige kontroller og justeringer fra operatørene.

• Avkastning:Den demonstrerte økningen i verktøylevetid på 28 % og reduksjonen i sponrelatert nedetid på 65 % gir en klar avkastning på investeringen, og oppveier kostnadene for vedlikeholdsprogrammet og væskehåndteringsutstyret. Redusert hyppighet av væsketømming (på grunn av lengre levetid for sumpen) er en ytterligere besparelse.

5. Konklusjon

Vedlikehold av CNC-skjærevæske for aluminium er ikke valgfritt for optimal ytelse; det er en kritisk driftspraksis. Denne studien viser at en strukturert protokoll som fokuserer på daglig konsentrasjons- og pH-overvåking (mål: 7–9 %, pH 8,5–9,2), totrinnsfiltrering (40 µm + 10 µm) og aggressiv fjerning av friksjonsolje (>95 %) gir betydelige, målbare fordeler:

1. Forlenget verktøylevetid:Gjennomsnittlig økning på 28 %, noe som direkte reduserer verktøykostnadene.

2. Renere spon:73 % reduksjon i klebrighet, noe som forbedrer sponavgang drastisk og reduserer maskinblokkeringer/nedetid (65 % reduksjon).

3. Stabil væske:Undertrykte bakterievekst og opprettholdt emulsjonens integritet.

Fabrikker bør prioritere implementering av disiplinerte væskehåndteringsprogrammer. Fremtidig forskning kan utforske effekten av spesifikke tilsetningspakker under denne protokollen eller integrering av automatiserte væskeovervåkingssystemer i sanntid.