Hur man underhåller CNC-skärvätska i aluminium för längre verktygslivslängd och renare spånor

 PFT, Shenzhen

Att upprätthålla optimalt skick för CNC-skärvätska i aluminium påverkar direkt verktygsslitage och spånkvalitet. Denna studie utvärderar vätskehanteringsprotokoll genom kontrollerade bearbetningsförsök och vätskeanalys. Resultaten visar att konsekvent pH-övervakning (målintervall 8,5-9,2), upprätthållande av koncentration mellan 7-9 % med hjälp av refraktometri och implementering av tvåstegsfiltrering (40 µm följt av 10 µm) förlänger verktygens livslängd med i genomsnitt 28 % och minskar spånans klibbighet med 73 % jämfört med okontrollerad vätska. Regelbunden avskumning av flyktig olja (>95 % borttagning varje vecka) förhindrar bakterietillväxt och emulsionsinstabilitet. Effektiv vätskehantering minskar verktygskostnader och maskinstillestånd.

1. Introduktion

CNC-bearbetning av aluminium kräver precision och effektivitet. Skärvätskor är avgörande för kylning, smörjning och spånavgång. Vätskenedbrytning – orsakad av kontaminering, bakterietillväxt, koncentrationsdrift och ansamling av flyktiga olja – accelererar dock verktygsslitage och äventyrar spånavgången, vilket leder till ökade kostnader och stilleståndstid. År 2025 förblir optimering av vätskeunderhåll en viktig operativ utmaning. Denna studie kvantifierar effekten av specifika underhållsprotokoll på verktygens livslängd och spånegenskaper vid CNC-produktion av högvolymer i aluminium.

2. Metoder

2.1. Experimentell design och datakälla
Kontrollerade bearbetningstester utfördes under 12 veckor på 5 identiska CNC-fräsar (Haas VF-2) som bearbetade 6061-T6 aluminium. En halvsyntetisk skärvätska (märke X) användes i alla maskiner. En maskin fungerade som kontroll med standardiserat, reaktivt underhåll (vätskebyte endast vid synligt nedbrytning). De andra fyra implementerade ett strukturerat protokoll:

• Koncentration:Mätdes dagligen med en digital refraktometer (Atago PAL-1), justerad till 8 % ±1 % med koncentrat eller avjoniserat vatten.

• pH:Övervakas dagligen med en kalibrerad pH-mätare (Hanna HI98103), hållen mellan 8,5-9,2 med tillverkarens godkända tillsatser.

• Filtrering:Tvåstegsfiltrering: 40 µm påsfilter följt av ett 10 µm patronfilter. Filterbyte baserat på tryckskillnad (ökning med ≥ 5 psi).

• Borttagning av läckageolja:Bandskimmern kördes kontinuerligt; vätskeytan kontrollerades dagligen, skimmerns effektivitet verifierades varje vecka (>95 % borttagningsmål).

• Make-up-vätska:Endast förblandad vätska (med 8 % koncentration) används för påfyllning.

2.2. Datainsamling och verktyg

• Verktygsslitage:Flankslitage (VBmax) mätt på primära skäreggar på 3-skäriga hårdmetallpinnfräsar (Ø12 mm) med hjälp av ett verktygstillverkarmikroskop (Mitutoyo TM-505) efter var 25:e detalj. Verktyg byts ut vid VBmax = 0,3 mm.

• Spånanalys:Spån samlades in efter varje sats. "Klibbighet" bedömdes på en skala från 1 (friflytande, torr) till 5 (klumpig, fet) av 3 oberoende operatörer. Genomsnittlig poäng registrerades. Spånstorleksfördelningen analyserades regelbundet.

• Vätsketillstånd:Veckovisa vätskeprover analyserade av ett oberoende laboratorium för bakterieantal (CFU/ml), halt av flyktig olja (%) och verifiering av koncentration/pH.

• Maskinens stilleståndstid:Registreras för verktygsbyten, spånrelaterade stopp och vätskeunderhållsaktiviteter.

3. Resultat och analys

3.1. Förlängning av verktygslivslängd
Verktyg som användes enligt det strukturerade underhållsprotokollet uppnådde konsekvent högre antal delar innan de behövde bytas ut. Den genomsnittliga verktygslivslängden ökade med 28 % (från 175 delar/verktyg i kontrollen till 224 delar/verktyg enligt protokollet). Figur 1 illustrerar jämförelsen av progressivt flankslitage.

3.2. Förbättring av spånkvaliteten
Spånklibbigheten visade en dramatisk minskning under det hanterade protokollet, med ett genomsnitt på 1,8 jämfört med 4,1 för kontrollen (73 % minskning). Den hanterade vätskan producerade torrare, mer granulära spån (Figur 2), vilket avsevärt förbättrade evakueringen och minskade maskinstopp. Stilleståndstiden relaterade till spånproblem minskade med 65 %.

3.3. Vätskestabilitet
Labbanalys bekräftade protokollets effektivitet:

• Bakterietalet låg kvar under 10³ CFU/ml i hanterade system, medan kontrollsystemet översteg 10⁶ CFU/ml vid vecka 6.

• Trampoljehalten var i genomsnitt <0,5 % i den hanterade vätskan jämfört med >3 % i kontrollen.

• Koncentration och pH förblev stabila inom målintervallen för den hanterade vätskan, medan kontrollen visade signifikant drift (koncentrationen sjönk till 5 %, pH sjönk till 7,8).

*Tabell 1: Nyckeltal – Kontrollerad vs. kontrollvätska*

4. Diskussion

4.1. Mekanismer som driver resultat
Förbättringarna härrör direkt från underhållsåtgärderna:

• Stabil koncentration och pH:Säkerställde jämn smörjförmåga och korrosionsinhibering, vilket direkt minskade slipande och kemiskt slitage på verktyg. Stabilt pH-värde förhindrade nedbrytning av emulgeringsmedel, bibehöll vätskans integritet och förhindrade den "sura" form som ökar spånvidhäftningen.

• Effektiv filtrering:Borttagning av fina metallpartiklar (spån) minskade slipande slitage på verktyg och arbetsstycken. Renare vätska flödade också mer effektivt för kylning och spåntvätt.

• Kontroll av trampolje:Spärrolja (från vägsmörjmedel, hydraulvätska) bryter ner emulsioner, minskar kyleffektiviteten och utgör en näringskälla för bakterier. Dess borttagning var avgörande för att förhindra härskning och bibehålla vätskestabilitet, vilket bidrog avsevärt till renare spån.

• Bakteriell suppression:Bibehåller koncentration och pH-värde och avlägsnar bakterier som inte är utsvävade på flyktig olja, vilket förhindrar syror och slem som de producerar, vilket försämrar vätskeprestanda, korroderar verktyg och orsakar dålig lukt/klibbiga spånor.

4.2. Begränsningar och praktiska konsekvenser
Denna studie fokuserade på en specifik vätska (halvsyntetisk) och aluminiumlegering (6061-T6) under kontrollerade men realistiska produktionsförhållanden. Resultaten kan variera något med olika vätskor, legeringar eller bearbetningsparametrar (t.ex. bearbetning med mycket hög hastighet). Kärnprinciperna för koncentrationskontroll, pH-övervakning, filtrering och borttagning av flyktig olja är dock universellt tillämpliga.

• Implementeringskostnad:Kräver investeringar i övervakningsverktyg (refraktometer, pH-mätare), filtreringssystem och skimmers.

• Arbetskraft:Kräver disciplinerade dagliga kontroller och justeringar av operatörerna.

• Avkastning på investeringen:Den påvisade ökningen av verktygslivslängden på 28 % och minskningen av spånrelaterade stilleståndstider på 65 % ger en tydlig avkastning på investeringen, vilket kompenserar för kostnaderna för underhållsprogrammet och vätskehanteringsutrustningen. Minskad frekvens av vätskeavfall (på grund av längre livslängd på sumpen) är en ytterligare besparing.

5. Slutsats

Att underhålla CNC-skärvätska för aluminium är inte valfritt för optimal prestanda; det är en kritisk driftspraxis. Denna studie visar att ett strukturerat protokoll med fokus på daglig koncentrations- och pH-övervakning (mål: 7–9 %, pH 8,5–9,2), tvåstegsfiltrering (40 µm + 10 µm) och effektiv borttagning av flyktig olja (>95 %) ger betydande, mätbara fördelar:

1. Förlängd verktygslivslängd:Genomsnittlig ökning på 28 %, vilket direkt minskar verktygskostnaderna.

2. Renare spån:73 % minskning av klibbighet, vilket drastiskt förbättrar spånavgången och minskar maskinstopp/stilleståndstid (65 % minskning).

3. Stabil vätska:Undertryckte bakterietillväxt och bibehöll emulsionens integritet.

Fabriker bör prioritera implementering av disciplinerade program för vätskehantering. Framtida forskning skulle kunna undersöka effekten av specifika tillsatspaket inom ramen för detta protokoll eller integrationen av automatiserade system för vätskeövervakning i realtid.