Hoe u CNC-snijvloeistof voor aluminium onderhoudt voor een langere levensduur van het gereedschap en schonere spanen

 PFT, Shenzhen

Het handhaven van optimale CNC-snijvloeistofcondities voor aluminium heeft een directe invloed op gereedschapsslijtage en de kwaliteit van het spanen. Deze studie evalueert vloeistofbeheerprotocollen door middel van gecontroleerde bewerkingsproeven en vloeistofanalyses. De resultaten tonen aan dat consistente pH-bewaking (streefbereik 8,5-9,2), het handhaven van een concentratie tussen 7-9% met behulp van refractometrie en de implementatie van tweetrapsfiltratie (40 µm gevolgd door 10 µm) de standtijd van het gereedschap met gemiddeld 28% verlengen en de kleverigheid van spanen met 73% verminderen in vergelijking met onbeheerde vloeistof. Regelmatig afschuimen van zwerfolie (> 95% verwijdering per week) voorkomt bacteriegroei en emulsie-instabiliteit. Effectief vloeistofbeheer verlaagt gereedschapskosten en machine-uitval.

1. Inleiding

CNC-bewerking van aluminium vereist precisie en efficiëntie. Snijvloeistoffen zijn essentieel voor koeling, smering en spaanafvoer. Vloeistofdegradatie – veroorzaakt door verontreiniging, bacteriegroei, concentratieverloop en ophoping van lekolie – versnelt echter de gereedschapsslijtage en belemmert de spaanafvoer, wat leidt tot hogere kosten en stilstand. Het optimaliseren van vloeistofonderhoud blijft tegen 2025 een belangrijke operationele uitdaging. Deze studie kwantificeert de impact van specifieke onderhoudsprotocollen op de levensduur en spaaneigenschappen van gereedschappen bij grootschalige CNC-productie van aluminium.

2. Methoden

2.1. Experimenteel ontwerp en gegevensbron
Gecontroleerde bewerkingstesten werden gedurende 12 weken uitgevoerd op 5 identieke CNC-freesmachines (Haas VF-2) die 6061-T6 aluminium verwerkten. Op alle machines werd een semi-synthetische snijvloeistof (merk X) gebruikt. Eén machine fungeerde als controle met standaard, reactief onderhoud (vloeistof wisselt alleen bij zichtbare degradatie). De andere vier implementeerden een gestructureerd protocol:

• Concentratie:Dagelijks gemeten met een digitale refractometer (Atago PAL-1), aangepast op 8% ±1% met concentraat of gedemineraliseerd water.

• pH-waarde:Dagelijks gecontroleerd met een gekalibreerde pH-meter (Hanna HI98103) en gehandhaafd tussen 8,5 en 9,2 met behulp van door de fabrikant goedgekeurde additieven.

• Filtratie:Tweetrapsfiltratie: 40 µm zakfilter gevolgd door een 10 µm cartridgefilter. Filters worden vervangen op basis van drukverschil (≥ 5 psi toename).

• Verwijdering van zwerfolie:De bandskimmer is continu in bedrijf; het vloeistofoppervlak wordt dagelijks gecontroleerd en de skimmerefficiëntie wordt wekelijks geverifieerd (doelstelling verwijdering >95%).

• Make-upvloeistof:Voor het bijvullen wordt uitsluitend gebruik gemaakt van voorgemengde vloeistof (concentratie 8%).

2.2. Gegevensverzameling en hulpmiddelen

• Gereedschapsslijtage:Flankslijtage (VBmax) gemeten aan de primaire snijkanten van hardmetalen frezen met drie snijkanten (Ø 12 mm) met behulp van een gereedschapsmakersmicroscoop (Mitutoyo TM-505) na elke 25 onderdelen. Gereedschappen vervangen bij VBmax = 0,3 mm.

• Swarfanalyse:Het slijpsel werd na elke batch verzameld. De plakkerigheid werd beoordeeld op een schaal van 1 (vloeiend, droog) tot 5 (klonterig, vettig) door 3 onafhankelijke operators. De gemiddelde score werd geregistreerd. De verdeling van de slijpselgrootte werd periodiek geanalyseerd.

• Vloeistofconditie:Wekelijks worden vloeistofmonsters geanalyseerd door een onafhankelijk laboratorium op bacterietelling (CFU/ml), gehalte aan zwerfaapolie (%) en concentratie-/pH-verificatie.

• Machine-uitvaltijd:Vastgelegd voor gereedschapswisselingen, vastgelopen spanen en vloeistofonderhoudsactiviteiten.

3. Resultaten en analyse

3.1. Verlenging van de levensduur van gereedschap
Gereedschappen die volgens het gestructureerde onderhoudsprotocol werkten, bereikten consistent hogere aantallen onderdelen voordat vervanging nodig was. De gemiddelde standtijd nam met 28% toe (van 175 onderdelen/gereedschap in de controlegroep naar 224 onderdelen/gereedschap onder het protocol). Figuur 1 illustreert de vergelijking van progressieve flankslijtage.

3.2. Verbetering van de spankwaliteit
De waarden voor de plakkerigheid van spanen lieten een dramatische daling zien onder het gecontroleerde protocol, met een gemiddelde van 1,8 vergeleken met 4,1 voor de controle (een afname van 73%). De gecontroleerde vloeistof produceerde drogere, meer korrelige spanen (figuur 2), wat de afvoer aanzienlijk verbeterde en machinestoringen verminderde. De stilstandtijd als gevolg van spanenproblemen daalde met 65%.

3.3. Vloeistofstabiliteit
Laboratoriumanalyse bevestigde de effectiviteit van het protocol:

• In de beheerde systemen bleven de bacterietellingen onder de 10³ CFU/mL, terwijl in de controlegroep de 10⁶ CFU/mL in week 6 werd overschreden.

• Het gehalte aan zwerfolie bedroeg gemiddeld <0,5% in de beheerde vloeistof, tegenover >3% in de controle.

• De concentratie en pH bleven stabiel binnen de streefwaarden voor de beheerde vloeistof, terwijl de controlegroep een aanzienlijke drift vertoonde (concentratie daalde tot 5%, pH daalde tot 7,8).

*Tabel 1: Belangrijkste prestatie-indicatoren – Beheerde versus gecontroleerde vloeistof*

4. Discussie

4.1. Mechanismen die resultaten genereren
De verbeteringen vloeien rechtstreeks voort uit de onderhoudsacties:

• Stabiele concentratie en pH:Garandeerde een consistente smering en corrosieremming, waardoor slijtage door schurende en chemische stoffen op gereedschap direct werd verminderd. De stabiele pH voorkwam de afbraak van emulgatoren, waardoor de vloeistofintegriteit behouden bleef en verzuring, die de hechting van spanen zou vergroten, werd voorkomen.

• Effectieve filtratie:Verwijdering van fijne metaaldeeltjes (spanen) verminderde de slijtage van gereedschappen en werkstukken. Schonere vloeistof stroomde ook effectiever voor koeling en spaanafvoer.

• Controle van zwerfolie:Leidingolie (van wegsmeermiddel, hydraulische vloeistof) verstoort emulsies, vermindert de koelefficiëntie en vormt een voedingsbron voor bacteriën. Het verwijderen ervan was cruciaal om ranzigheid te voorkomen en de stabiliteit van de vloeistof te behouden, wat aanzienlijk bijdroeg aan schoner spanen.

• Bacteriële onderdrukking:Handhaaft de concentratie en pH-waarde en verwijdert bacteriën die hongerig zijn naar zwerfolie. Voorkomt de zuren en slijmvorming die zij produceren, die de vloeistofprestaties verminderen, gereedschappen aantasten en vieze geuren/plakkerig slijpsel veroorzaken.

4.2. Beperkingen en praktische implicaties
Deze studie richtte zich op een specifieke vloeistof (halfsynthetisch) en aluminiumlegering (6061-T6) onder gecontroleerde maar realistische productieomstandigheden. De resultaten kunnen enigszins variëren afhankelijk van de gebruikte vloeistoffen, legeringen of bewerkingsparameters (bijv. bewerking met zeer hoge snelheid). De kernprincipes van concentratiecontrole, pH-bewaking, filtratie en verwijdering van zwerfolie zijn echter universeel toepasbaar.

• Implementatiekosten:Vereist investering in controle-instrumenten (refractometer, pH-meter), filtratiesystemen en skimmers.

• Werk:Vereist gedisciplineerde dagelijkse controles en aanpassingen door de operators.

• ROI:De aantoonbare toename van de standtijd met 28% en de reductie van 65% in snippergerelateerde stilstand zorgen voor een duidelijk rendement op de investering en compenseren de kosten van het onderhoudsprogramma en de apparatuur voor vloeistofbeheer. Een lagere frequentie van vloeistofafvoer (dankzij de langere levensduur van het carter) levert een extra besparing op.

5. Conclusie

Het onderhouden van CNC-snijvloeistof voor aluminium is geen optie voor optimale prestaties; het is een cruciale operationele praktijk. Deze studie toont aan dat een gestructureerd protocol gericht op dagelijkse concentratie- en pH-monitoring (streefwaarden: 7-9%, pH 8,5-9,2), tweetrapsfiltratie (40 µm + 10 µm) en agressieve verwijdering van zwerfolie (> 95%) significante, meetbare voordelen oplevert:

1. Verlengde gereedschapslevensduur:Gemiddelde stijging van 28%, waardoor de gereedschapskosten direct dalen.

2. Schoner slijpsel:73% minder kleverigheid, waardoor de spaanafvoer drastisch wordt verbeterd en machinestoringen/stilstandtijd worden verminderd (65% minder).

3. Stabiele vloeistof:Onderdrukt de bacteriegroei en handhaaft de integriteit van de emulsie.

Fabrieken zouden prioriteit moeten geven aan de implementatie van gedisciplineerde vloeistofbeheerprogramma's. Toekomstig onderzoek zou de impact van specifieke additievenpakketten onder dit protocol of de integratie van geautomatiseerde realtime vloeistofbewakingssystemen kunnen onderzoeken.