Sådan vedligeholder du CNC-skærevæske til aluminium for længere værktøjslevetid og renere spåner

 PFT, Shenzhen

Opretholdelse af optimal CNC-skærevæske i aluminium påvirker direkte værktøjsslid og spånkvalitet. Denne undersøgelse evaluerer væskehåndteringsprotokoller gennem kontrollerede bearbejdningsforsøg og væskeanalyse. Resultaterne viser, at konsekvent pH-overvågning (målområde 8,5-9,2), opretholdelse af en koncentration mellem 7-9% ved hjælp af refraktometri og implementering af to-trins filtrering (40 µm efterfulgt af 10 µm) forlænger værktøjets levetid med gennemsnitligt 28% og reducerer spånernes klæbrighed med 73% sammenlignet med uhåndteret væske. Regelmæssig afskumning af sporolie (>95% fjernelse ugentligt) forhindrer bakterievækst og emulsionsinstabilitet. Effektiv væskehåndtering reducerer værktøjsomkostninger og maskinnedetid.

1. Introduktion

CNC-bearbejdning af aluminium kræver præcision og effektivitet. Skærevæsker er afgørende for køling, smøring og spånafgang. Væskenedbrydning – forårsaget af kontaminering, bakterievækst, koncentrationsdrift og ophobning af friktionsolie – accelererer dog værktøjsslid og kompromitterer spånfjernelse, hvilket fører til øgede omkostninger og nedetid. I 2025 vil optimering af væskevedligeholdelse fortsat være en central driftsudfordring. Denne undersøgelse kvantificerer virkningen af specifikke vedligeholdelsesprotokoller på værktøjslevetid og spånegenskaber i CNC-produktion af aluminium i store mængder.

2. Metoder

2.1. Eksperimentelt design og datakilde
Kontrollerede bearbejdningstests blev udført over 12 uger på 5 identiske CNC-fræsere (Haas VF-2), der bearbejdede 6061-T6 aluminium. En semisyntetisk skærevæske (mærke X) blev brugt på tværs af alle maskiner. Én maskine fungerede som kontrol med standard, reaktiv vedligeholdelse (væskeskift kun ved synligt nedbrud). De andre fire implementerede en struktureret protokol:

• Koncentration:Målt dagligt med et digitalt refraktometer (Atago PAL-1), justeret til 8% ±1% med koncentrat eller deioniseret vand.

• pH-værdi:Overvåges dagligt med et kalibreret pH-meter (Hanna HI98103), der holdes mellem 8,5-9,2 ved hjælp af producentgodkendte tilsætningsstoffer.

• Filtrering:To-trins filtrering: 40 µm posefilter efterfulgt af et 10 µm patronfilter. Filtre skiftes baseret på trykforskel (≥ 5 psi stigning).

• Fjernelse af trampolie:Båndskimmeren kører kontinuerligt; væskeoverfladen kontrolleres dagligt, skimmereffektivitet verificeres ugentligt (>95 % fjernelsesmål).

• Makeupvæske:Kun forblandet væske (ved 8% koncentration) anvendes til efterfyldning.

2.2. Dataindsamling og værktøjer

• Værktøjsslid:Flankeslid (VBmax) målt på primære skærkanter af 3-skærs hårdmetalfræsere (Ø12 mm) ved hjælp af et værktøjsmagermikroskop (Mitutoyo TM-505) efter hver 25 dele. Værktøjer udskiftes ved VBmax = 0,3 mm.

• Spånanalyse:Spåner indsamlet efter hver batch. "Klæbrighed" vurderet på en skala fra 1 (fritflydende, tør) til 5 (klumpet, fedtet) af 3 uafhængige operatører. Gennemsnitlig score registreret. Spånstørrelsesfordeling analyseret periodisk.

• Væsketilstand:Ugentlige væskeprøver analyseret af et uafhængigt laboratorium for bakterietal (CFU/ml), indhold af sparsomme olier (%) og verifikation af koncentration/pH.

• Maskinens nedetid:Registreret for værktøjsskift, spånrelaterede blokeringer og væskevedligeholdelsesaktiviteter.

3. Resultater og analyse

3.1. Forlængelse af værktøjets levetid
Værktøjer, der blev brugt under den strukturerede vedligeholdelsesprotokol, opnåede konsekvent højere antal dele, før de skulle udskiftes. Den gennemsnitlige værktøjslevetid steg med 28 % (fra 175 dele/værktøj i kontrollen til 224 dele/værktøj under protokollen). Figur 1 illustrerer den progressive flankeslidsammenligning.

3.2. Forbedring af spånkvaliteten
Spånernes klæbrighed viste et dramatisk fald under den styrede protokol, med et gennemsnit på 1,8 sammenlignet med 4,1 for kontrolgruppen (73 % reduktion). Den styrede væske producerede tørrere og mere granulerede spåner (figur 2), hvilket forbedrede evakueringen betydeligt og reducerede maskinstop. Nedetid relateret til spånproblemer faldt med 65 %.

3.3. Væskestabilitet
Laboratorieanalyse bekræftede protokollens effektivitet:

• Bakterietallet forblev under 10³ CFU/ml i styrede systemer, mens kontrolsystemet oversteg 10⁶ CFU/ml i uge 6.

• Indholdet af trampolie var i gennemsnit <0,5 % i den kontrollerede væske vs. >3 % i kontrolgruppen.

• Koncentration og pH forblev stabile inden for målområderne for den kontrollerede væske, mens kontrollen viste betydelig drift (koncentrationen faldt til 5 %, pH faldt til 7,8).

*Tabel 1: Nøgleindikatorer for præstation – Styret vs. kontrolvæske*

4. Diskussion

4.1. Mekanismer, der driver resultater
Forbedringerne stammer direkte fra vedligeholdelseshandlingerne:

• Stabil koncentration og pH:Sikrede ensartet smøreevne og korrosionshæmning, hvilket direkte reducerede slibende og kemisk slid på værktøjer. Stabil pH forhindrede nedbrydning af emulgatorer, opretholdt væskens integritet og forhindrede den "surning", der øger spånvedhæftning.

• Effektiv filtrering:Fjernelse af fine metalpartikler (spån) reducerede slibende slid på værktøj og emner. Renere væske flød også mere effektivt til køling og spånvask.

• Tramp Oliekontrol:Spærreolie (fra vejsmøremiddel, hydraulikvæske) nedbryder emulsioner, reducerer køleeffektiviteten og fungerer som fødekilde for bakterier. Fjernelsen af den var afgørende for at forhindre harskning og opretholde væskestabilitet, hvilket bidrog væsentligt til renere spåner.

• Bakteriel undertrykkelse:Opretholdelse af koncentration, pH og fjernelse af bakterier, der ikke lever op til gødningsolie, forebyggelse af de syrer og det slim, de producerer, som forringer væskens ydeevne, korroderer værktøj og forårsager dårlig lugt/klæbrige spåner.

4.2. Begrænsninger og praktiske implikationer
Denne undersøgelse fokuserede på en specifik væske (semi-syntetisk) og aluminiumlegering (6061-T6) under kontrollerede, men realistiske produktionsforhold. Resultaterne kan variere en smule med forskellige væsker, legeringer eller bearbejdningsparametre (f.eks. bearbejdning ved meget høj hastighed). Kerneprincipperne for koncentrationskontrol, pH-overvågning, filtrering og fjernelse af flyktig olie er dog universelt anvendelige.

• Implementeringsomkostninger:Kræver investering i overvågningsværktøjer (refraktometer, pH-meter), filtreringssystemer og skimmere.

• Arbejdskraft:Kræver disciplinerede daglige kontroller og justeringer fra operatørernes side.

• ROI:Den påviste 28% stigning i værktøjslevetid og 65% reduktion i spånrelateret nedetid giver et klart investeringsafkast, der opvejer omkostningerne til vedligeholdelsesprogrammet og væskehåndteringsudstyret. Reduceret væskebortskaffelsesfrekvens (på grund af længere sumplevetid) er en yderligere besparelse.

5. Konklusion

Vedligeholdelse af CNC-skærevæske til aluminium er ikke valgfri for optimal ydeevne; det er en kritisk operationel praksis. Denne undersøgelse viser, at en struktureret protokol med fokus på daglig koncentrations- og pH-overvågning (mål: 7-9 %, pH 8,5-9,2), to-trins filtrering (40 µm + 10 µm) og aggressiv fjernelse af sporolie (>95 %) giver betydelige, målbare fordele:

1. Forlænget værktøjslevetid:Gennemsnitlig stigning på 28%, hvilket direkte reducerer værktøjsomkostningerne.

2. Renere spåner:73% reduktion i klæbrighed, hvilket drastisk forbedrer spånafgangen og reducerer maskinstop/nedetid (65% reduktion).

3. Stabil væske:Undertrykte bakterievækst og opretholdt emulsionens integritet.

Fabrikker bør prioritere implementering af disciplinerede væskestyringsprogrammer. Fremtidig forskning kunne undersøge virkningen af specifikke additivpakker under denne protokol eller integrationen af automatiserede realtidsvæskeovervågningssystemer.