نحوه نگهداری از سیال برش CNC آلومینیومی برای افزایش طول عمر ابزار و تمیزتر شدن براده‌ها

 پی اف تی، شنژن

حفظ شرایط بهینه سیال برش CNC آلومینیوم مستقیماً بر سایش ابزار و کیفیت براده تأثیر می‌گذارد. این مطالعه پروتکل‌های مدیریت سیال را از طریق آزمایش‌های ماشینکاری کنترل‌شده و تجزیه و تحلیل سیال ارزیابی می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که نظارت مداوم بر pH (محدوده هدف ۸.۵-۹.۲)، حفظ غلظت بین ۷-۹٪ با استفاده از رفرکتومتری و اجرای فیلتراسیون دو مرحله‌ای (۴۰ میکرومتر و به دنبال آن ۱۰ میکرومتر) در مقایسه با سیال مدیریت نشده، عمر ابزار را به طور متوسط ۲۸٪ افزایش داده و چسبندگی براده را ۷۳٪ کاهش می‌دهد. تمیز کردن منظم روغن ترمپ (حذف بیش از ۹۵٪ در هفته) از رشد باکتری‌ها و بی‌ثباتی امولسیون جلوگیری می‌کند. مدیریت مؤثر سیال، هزینه‌های ابزارسازی و زمان از کارافتادگی دستگاه را کاهش می‌دهد.

۱. مقدمه

ماشینکاری CNC آلومینیوم نیازمند دقت و کارایی است. سیالات برش برای خنک‌سازی، روانکاری و تخلیه براده بسیار مهم هستند. با این حال، تخریب سیال - ناشی از آلودگی، رشد باکتری‌ها، رانش غلظت و تجمع روغن اضافی - سایش ابزار را تسریع کرده و برداشت براده را به خطر می‌اندازد و منجر به افزایش هزینه‌ها و زمان از کارافتادگی می‌شود. تا سال 2025، بهینه‌سازی نگهداری سیال همچنان یک چالش عملیاتی کلیدی است. این مطالعه تأثیر پروتکل‌های خاص نگهداری بر طول عمر ابزار و ویژگی‌های براده را در تولید CNC آلومینیوم با حجم بالا، کمّی می‌کند.

۲. روش‌ها

۲.۱ طرح آزمایش و منبع داده‌ها
آزمایش‌های ماشینکاری کنترل‌شده طی ۱۲ هفته بر روی ۵ دستگاه فرز CNC یکسان (Haas VF-2) که آلومینیوم ۶۰۶۱-T6 را پردازش می‌کردند، انجام شد. یک سیال برش نیمه مصنوعی (برند X) در تمام دستگاه‌ها استفاده شد. یک دستگاه به عنوان کنترل با نگهداری استاندارد و واکنشی (سیال فقط در صورت تخریب قابل مشاهده تعویض می‌شد) در نظر گرفته شد. چهار دستگاه دیگر یک پروتکل ساختاریافته را اجرا کردند:

• غلظت:روزانه با استفاده از رفراکتومتر دیجیتال (Atago PAL-1) اندازه‌گیری شده و با آب غلیظ یا آب دیونیزه روی ۸٪ ± ۱٪ تنظیم می‌شود.

• پی اچ:روزانه با استفاده از یک pH سنج کالیبره شده (Hanna HI98103) پایش می‌شود و با استفاده از افزودنی‌های مورد تایید سازنده، بین ۸.۵ تا ۹.۲ حفظ می‌شود.

• فیلتراسیون:فیلتراسیون دو مرحله‌ای: یک فیلتر کیسه‌ای ۴۰ میکرومتری و به دنبال آن یک فیلتر کارتریجی ۱۰ میکرومتری. فیلترها بر اساس اختلاف فشار (افزایش ≥ ۵ psi) تعویض می‌شدند.

• حذف روغن اضافی:اسکیمر تسمه‌ای به طور مداوم کار می‌کرد؛ سطح سیال روزانه بررسی می‌شد، راندمان اسکیمر هفتگی تأیید می‌شد (هدف حذف بیش از ۹۵٪).

• مایع آرایشی:فقط از مایع از پیش مخلوط شده (با غلظت ۸٪) برای افزودن به مخلوط استفاده شود.

۲.۲. جمع‌آوری داده‌ها و ابزارها

• سایش ابزار:سایش جانبی (VBmax) روی لبه‌های برش اولیه فرزهای انگشتی کاربیدی سه شیاره (Ø12 میلی‌متر) با استفاده از میکروسکوپ ابزارسازی (Mitutoyo TM-505) پس از هر 25 قطعه اندازه‌گیری شد. ابزارها در VBmax = 0.3 میلی‌متر تعویض شدند.

• تحلیل براده:براده‌ها پس از هر دسته جمع‌آوری شدند. «چسبندگی» توسط ۳ اپراتور مستقل در مقیاس ۱ (روان، خشک) تا ۵ (کلوخه، چرب) رتبه‌بندی شد. میانگین امتیاز ثبت شد. توزیع اندازه تراشه‌ها به صورت دوره‌ای تجزیه و تحلیل شد.

• وضعیت سیال:نمونه‌های مایع هفتگی توسط یک آزمایشگاه مستقل برای شمارش باکتری‌ها (CFU/mL)، میزان روغن اضافی (%) و تأیید غلظت/pH تجزیه و تحلیل می‌شوند.

• زمان از کار افتادگی ماشین آلات:برای تعویض ابزار، گرفتگی‌های مربوط به براده و فعالیت‌های نگهداری سیالات ثبت شده است.

۳. نتایج و تحلیل

۳.۱ افزایش طول عمر ابزار
ابزارهایی که تحت پروتکل نگهداری ساختاریافته کار می‌کردند، قبل از نیاز به تعویض، به طور مداوم به تعداد قطعات بالاتری رسیدند. میانگین عمر ابزار 28٪ افزایش یافت (از 175 قطعه/ابزار در حالت کنترل به 224 قطعه/ابزار تحت پروتکل). شکل 1 مقایسه فرسایش جانبی پیشرونده را نشان می‌دهد.

۳.۲ بهبود کیفیت براده
میزان چسبندگی براده‌ها تحت پروتکل مدیریت‌شده، کاهش چشمگیری را نشان داد، به طور متوسط ۱.۸ در مقایسه با ۴.۱ برای کنترل (کاهش ۷۳٪). سیال مدیریت‌شده، تراشه‌های خشک‌تر و دانه‌بندی‌شده‌تری تولید کرد (شکل ۲)، که به طور قابل توجهی تخلیه را بهبود بخشید و گیر کردن دستگاه را کاهش داد. زمان از کارافتادگی مربوط به مشکلات براده‌ها ۶۵٪ کاهش یافت.

۳.۳ پایداری سیال
تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی اثربخشی پروتکل را تأیید کرد:

• تعداد باکتری‌ها در سیستم‌های مدیریت‌شده کمتر از 10³ CFU/mL باقی ماند، در حالی که تعداد باکتری‌ها در سیستم کنترل تا هفته ششم از 106 CFU/mL فراتر رفت.

• میانگین محتوای روغن اضافی در سیال کنترل‌شده کمتر از 0.5٪ در مقابل بیش از 3٪ در سیال کنترل بود.

• غلظت و pH در محدوده هدف برای مایع کنترل‌شده پایدار ماندند، در حالی که نمونه کنترل، کاهش قابل توجهی را نشان داد (غلظت به ۵٪ و pH به ۷.۸ کاهش یافت).

*جدول ۱: شاخص‌های کلیدی عملکرد - سیال مدیریت‌شده در مقابل سیال کنترلی*

۴. بحث

۴.۱ نتایج محرک مکانیزم‌ها
این بهبودها مستقیماً از اقدامات تعمیر و نگهداری ناشی می‌شوند:

• غلظت و pH پایدار:روانکاری پایدار و مهار خوردگی را تضمین کرد و به طور مستقیم سایش ساینده و شیمیایی روی ابزارها را کاهش داد. pH پایدار از تجزیه امولسیفایرها جلوگیری کرد، یکپارچگی سیال را حفظ کرد و از "ترش کردن" که چسبندگی براده‌ها را افزایش می‌دهد، جلوگیری کرد.

• فیلتراسیون موثر:حذف ذرات ریز فلزی (ذرات ریز براده) سایش ابزار و قطعات کار را کاهش داد. سیال تمیزکننده همچنین برای خنک‌سازی و شستشوی براده‌ها به طور مؤثرتری جریان یافت.

• کنترل روغن اضافی:روغن اضافی (از روان‌کننده‌ی مسیر، سیال هیدرولیک) امولسیون‌ها را مختل می‌کند، راندمان خنک‌کننده را کاهش می‌دهد و منبع غذایی برای باکتری‌ها فراهم می‌کند. حذف آن برای جلوگیری از فساد و حفظ پایداری سیال بسیار مهم بود و به طور قابل توجهی به تمیزتر شدن براده‌ها کمک می‌کرد.

• سرکوب باکتری‌ها:حفظ غلظت، pH و حذف باکتری‌های تشنه روغن، جلوگیری از تولید اسیدها و لجن که باعث کاهش عملکرد سیال، خوردگی ابزارها و ایجاد بوهای نامطبوع/براده‌های چسبنده می‌شوند.

۴.۲ محدودیت‌ها و پیامدهای عملی
این مطالعه بر روی یک سیال خاص (نیمه مصنوعی) و آلیاژ آلومینیوم (6061-T6) تحت شرایط تولید کنترل‌شده اما واقع‌بینانه متمرکز بود. نتایج ممکن است با سیالات، آلیاژها یا پارامترهای ماشینکاری مختلف (مثلاً ماشینکاری با سرعت بسیار بالا) کمی متفاوت باشد. با این حال، اصول اصلی کنترل غلظت، نظارت بر pH، فیلتراسیون و حذف روغن اضافی به طور جهانی قابل اجرا هستند.

• هزینه اجرا:نیاز به سرمایه‌گذاری در ابزارهای نظارتی (انکسارسنج، pH متر)، سیستم‌های فیلتراسیون و اسکیمرها دارد.

• نیروی کار:نیاز به بررسی‌ها و تنظیمات روزانه و منظم توسط اپراتورها دارد.

• بازگشت سرمایه:افزایش ۲۸ درصدی عمر ابزار و کاهش ۶۵ درصدی زمان از کارافتادگی ناشی از براده‌ها، بازگشت سرمایه‌ی قابل توجهی را به همراه داشته و هزینه‌های برنامه‌ی نگهداری و تجهیزات مدیریت سیال را جبران می‌کند. کاهش دفعات دفع سیال (به دلیل افزایش عمر مخزن) نیز از دیگر مزایای این روش است.

۵. نتیجه‌گیری

نگهداری سیال برش CNC آلومینیوم برای عملکرد بهینه اختیاری نیست؛ بلکه یک عمل عملیاتی حیاتی است. این مطالعه نشان می‌دهد که یک پروتکل ساختار یافته با تمرکز بر غلظت روزانه و نظارت بر pH (هدف: ۷-۹٪، pH 8.5-9.2)، فیلتراسیون دو مرحله‌ای (۴۰ میکرومتر + ۱۰ میکرومتر) و حذف شدید روغن اضافی (>۹۵٪) مزایای قابل توجه و قابل اندازه‌گیری را ارائه می‌دهد:

1. عمر طولانی ابزار:افزایش متوسط ۲۸ درصدی، که مستقیماً هزینه‌های ابزارآلات را کاهش می‌دهد.

2. براده تمیزکننده:۷۳٪ کاهش چسبندگی، بهبود چشمگیر تخلیه براده و کاهش گیر کردن/زمان از کار افتادگی دستگاه (۶۵٪ کاهش).

3. سیال پایدار:رشد باکتری را سرکوب کرده و یکپارچگی امولسیون را حفظ کرد.

کارخانه‌ها باید اجرای برنامه‌های منظم مدیریت سیال را در اولویت قرار دهند. تحقیقات آینده می‌تواند تأثیر بسته‌های افزودنی خاص تحت این پروتکل یا ادغام سیستم‌های خودکار نظارت بر سیال در زمان واقعی را بررسی کند.