Cách bảo dưỡng dung dịch cắt CNC nhôm để kéo dài tuổi thọ dụng cụ và phoi sạch hơn

 PFT, Thâm Quyến

Duy trì trạng thái dung dịch cắt CNC nhôm tối ưu ảnh hưởng trực tiếp đến độ mòn dụng cụ và chất lượng phoi. Nghiên cứu này đánh giá các quy trình quản lý dung dịch thông qua các thử nghiệm gia công có kiểm soát và phân tích dung dịch. Kết quả chứng minh rằng việc theo dõi độ pH liên tục (khoảng mục tiêu 8,5-9,2), duy trì nồng độ trong khoảng 7-9% bằng phương pháp khúc xạ kế và áp dụng lọc hai giai đoạn (40µm tiếp theo là 10µm) giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ trung bình 28% và giảm độ dính phoi 73% so với dung dịch không được kiểm soát. Việc gạn dầu cặn thường xuyên (loại bỏ >95% mỗi tuần) ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn và sự mất ổn định nhũ tương. Quản lý dung dịch hiệu quả giúp giảm chi phí dụng cụ và thời gian ngừng máy.

1. Giới thiệu

Gia công nhôm bằng CNC đòi hỏi độ chính xác và hiệu quả. Dung dịch cắt rất quan trọng cho việc làm mát, bôi trơn và loại bỏ phoi. Tuy nhiên, sự xuống cấp của dung dịch – do nhiễm bẩn, vi khuẩn phát triển, sự trôi nồng độ và tích tụ dầu – làm tăng tốc độ mài mòn dụng cụ và ảnh hưởng đến việc loại bỏ phoi, dẫn đến tăng chi phí và thời gian ngừng hoạt động. Đến năm 2025, việc tối ưu hóa việc bảo trì dung dịch vẫn là một thách thức vận hành quan trọng. Nghiên cứu này định lượng tác động của các quy trình bảo trì cụ thể đến tuổi thọ dụng cụ và đặc tính phoi trong sản xuất nhôm CNC khối lượng lớn.

2. Phương pháp

2.1. Thiết kế thí nghiệm và nguồn dữ liệu
Các thử nghiệm gia công có kiểm soát đã được tiến hành trong hơn 12 tuần trên 5 máy phay CNC giống hệt nhau (Haas VF-2) gia công nhôm 6061-T6. Tất cả các máy đều sử dụng dung dịch cắt bán tổng hợp (Nhãn hiệu X). Một máy được dùng làm đối chứng với chế độ bảo trì phản ứng tiêu chuẩn (dung dịch chỉ thay đổi khi có dấu hiệu xuống cấp). Bốn máy còn lại áp dụng một giao thức có cấu trúc:

• Sự tập trung:Đo hàng ngày bằng khúc xạ kế kỹ thuật số (Atago PAL-1), điều chỉnh ở mức 8% ±1% với nước cô đặc hoặc nước DI.

• Độ pH:Được theo dõi hàng ngày bằng máy đo pH đã hiệu chuẩn (Hanna HI98103), duy trì ở mức 8,5-9,2 bằng cách sử dụng các chất phụ gia được nhà sản xuất chấp thuận.

• Lọc:Lọc hai giai đoạn: Lọc túi 40µm tiếp theo là lọc hộp mực 10µm. Bộ lọc được thay đổi dựa trên chênh lệch áp suất (tăng ≥ 5 psi).

• Loại bỏ dầu mỡ:Máy tách dầu băng tải hoạt động liên tục; bề mặt chất lỏng được kiểm tra hàng ngày, hiệu quả của máy tách dầu được xác minh hàng tuần (mục tiêu loại bỏ >95%).

• Dung dịch trang điểm:Chỉ sử dụng chất lỏng pha sẵn (nồng độ 8%) để bổ sung.

2.2. Thu thập dữ liệu và công cụ

• Mài mòn dụng cụ:Độ mòn hông (VBmax) được đo trên các cạnh cắt chính của dao phay đầu cacbua 3 rãnh (Ø12mm) bằng kính hiển vi của thợ gia công dụng cụ (Mitutoyo TM-505) sau mỗi 25 chi tiết. Dụng cụ được thay thế ở VBmax = 0,3mm.

• Phân tích phoi:Mạt phoi được thu thập sau mỗi mẻ. Độ “dính” được đánh giá trên thang điểm từ 1 (trôi chảy tự do, khô) đến 5 (vón cục, nhờn) bởi 3 người vận hành độc lập. Điểm trung bình được ghi lại. Phân bố kích thước phoi được phân tích định kỳ.

• Tình trạng chất lỏng:Các mẫu chất lỏng hàng tuần được phân tích bởi một phòng thí nghiệm độc lập để đếm số lượng vi khuẩn (CFU/mL), hàm lượng dầu cặn (%) và xác minh nồng độ/pH.

• Thời gian ngừng hoạt động của máy:Được ghi lại khi thay đổi dụng cụ, kẹt phoi và các hoạt động bảo trì chất lỏng.

3. Kết quả & Phân tích

3.1. Kéo dài tuổi thọ dụng cụ
Các dụng cụ hoạt động theo giao thức bảo trì có cấu trúc luôn đạt số lượng chi tiết cao hơn trước khi cần thay thế. Tuổi thọ dụng cụ trung bình tăng 28% (từ 175 chi tiết/dụng cụ trong nhóm đối chứng lên 224 chi tiết/dụng cụ theo giao thức). Hình 1 minh họa so sánh độ mòn mặt bên tiến triển.

3.2. Cải thiện chất lượng phôi
Độ dính của phoi giảm đáng kể theo quy trình được quản lý, trung bình là 1,8 so với 4,1 của nhóm đối chứng (giảm 73%). Chất lỏng được quản lý tạo ra phoi khô hơn, hạt mịn hơn (Hình 2), cải thiện đáng kể khả năng thoát phoi và giảm kẹt máy. Thời gian ngừng máy liên quan đến vấn đề phoi giảm 65%.

3.3. Độ ổn định của chất lỏng
Phân tích trong phòng thí nghiệm đã xác nhận tính hiệu quả của giao thức:

• Số lượng vi khuẩn vẫn dưới 10³ CFU/mL trong các hệ thống được quản lý, trong khi hệ thống đối chứng vượt quá 10⁶ CFU/mL vào tuần thứ 6.

• Hàm lượng dầu cặn trung bình <0,5% trong chất lỏng được quản lý so với >3% trong chất lỏng đối chứng.

• Nồng độ và độ pH vẫn ổn định trong phạm vi mục tiêu đối với chất lỏng được quản lý, trong khi chất lỏng đối chứng cho thấy sự thay đổi đáng kể (nồng độ giảm xuống 5%, độ pH giảm xuống 7,8).

*Bảng 1: Các chỉ số hiệu suất chính – Chất lỏng được quản lý so với chất lỏng kiểm soát*

4. Thảo luận

4.1. Cơ chế thúc đẩy kết quả
Những cải tiến này xuất phát trực tiếp từ các hoạt động bảo trì:

• Nồng độ ổn định và pH:Đảm bảo độ bôi trơn và ức chế ăn mòn đồng đều, giảm trực tiếp sự mài mòn do hóa chất và mài mòn dụng cụ. Độ pH ổn định ngăn ngừa sự phân hủy chất nhũ hóa, duy trì tính toàn vẹn của chất lỏng và ngăn ngừa hiện tượng “chua hóa” làm tăng độ bám dính của phoi.

• Lọc hiệu quả:Việc loại bỏ các hạt kim loại mịn (phoi vụn) làm giảm mài mòn trên dụng cụ và phôi gia công. Dung dịch làm sạch cũng chảy hiệu quả hơn để làm mát và rửa phoi.

• Kiểm soát dầu mỡ:Dầu cặn (từ dầu bôi trơn, dầu thủy lực) làm gián đoạn nhũ tương, làm giảm hiệu suất làm mát và cung cấp nguồn thức ăn cho vi khuẩn. Việc loại bỏ dầu cặn rất quan trọng để ngăn ngừa tình trạng ôi thiu và duy trì độ ổn định của chất lỏng, góp phần đáng kể vào việc tạo ra phoi sạch hơn.

• Ức chế vi khuẩn:Duy trì nồng độ, độ pH và loại bỏ vi khuẩn đói dầu, ngăn ngừa axit và chất nhờn mà chúng tạo ra làm giảm hiệu suất chất lỏng, ăn mòn dụng cụ và gây ra mùi hôi thối/phế liệu dính.

4.2. Hạn chế và ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu này tập trung vào một loại chất lỏng cụ thể (bán tổng hợp) và hợp kim nhôm (6061-T6) trong điều kiện sản xuất được kiểm soát nhưng thực tế. Kết quả có thể thay đổi đôi chút tùy theo chất lỏng, hợp kim hoặc thông số gia công khác nhau (ví dụ: gia công tốc độ rất cao). Tuy nhiên, các nguyên tắc cốt lõi về kiểm soát nồng độ, theo dõi pH, lọc và loại bỏ dầu cặn đều có thể áp dụng rộng rãi.

• Chi phí thực hiện:Cần đầu tư vào các công cụ giám sát (khúc xạ kế, máy đo pH), hệ thống lọc và máy hớt bọt.

• Nhân công:Yêu cầu người vận hành phải kiểm tra và điều chỉnh hàng ngày một cách có kỷ luật.

• Lợi tức đầu tư:Tuổi thọ dụng cụ được chứng minh tăng 28% và thời gian ngừng hoạt động do phoi giảm 65% mang lại lợi tức đầu tư rõ ràng, bù đắp chi phí cho chương trình bảo trì và thiết bị quản lý chất lỏng. Tần suất xả chất lỏng giảm (do tuổi thọ bể chứa dài hơn) cũng là một khoản tiết kiệm bổ sung.

5. Kết luận

Việc duy trì dung dịch cắt CNC nhôm không phải là tùy chọn để đạt hiệu suất tối ưu; đó là một quy trình vận hành quan trọng. Nghiên cứu này chứng minh rằng một quy trình có cấu trúc tập trung vào việc theo dõi nồng độ và độ pH hàng ngày (mục tiêu: 7-9%, pH 8,5-9,2), lọc hai giai đoạn (40µm + 10µm) và loại bỏ dầu cặn tích cực (>95%) mang lại những lợi ích đáng kể và có thể đo lường được:

1. Tuổi thọ dụng cụ kéo dài:Tăng trung bình 28%, giảm trực tiếp chi phí dụng cụ.

2. Mạt sạch hơn:Giảm 73% độ dính, cải thiện đáng kể khả năng thoát phoi và giảm kẹt máy/thời gian chết (giảm 65%).

3. Chất lỏng ổn định:Ức chế sự phát triển của vi khuẩn và duy trì tính toàn vẹn của nhũ tương.

Các nhà máy nên ưu tiên triển khai các chương trình quản lý chất lỏng nghiêm ngặt. Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá tác động của các gói phụ gia cụ thể theo giao thức này hoặc việc tích hợp các hệ thống giám sát chất lỏng tự động theo thời gian thực.