كيفية الحفاظ على سائل قطع CNC للألمنيوم للحصول على عمر أطول للأداة ونشارة أنظف

 PFT، شنتشن

يؤثر الحفاظ على الحالة المثلى لسائل قطع CNC للألمنيوم بشكل مباشر على تآكل الأدوات وجودة النشارة. تُقيّم هذه الدراسة بروتوكولات إدارة السوائل من خلال تجارب تشغيل مُتحكم بها وتحليلها. تُظهر النتائج أن المراقبة المُستمرة للرقم الهيدروجيني (pH) (النطاق المُستهدف 8.5-9.2)، والحفاظ على تركيز يتراوح بين 7-9% باستخدام مقياس الانكسار، وتطبيق الترشيح ثنائي المرحلة (40 ميكرومتر متبوعًا بـ 10 ميكرومتر) يُطيل عمر الأدوات بنسبة 28% في المتوسط، ويُقلل من لزوجة النشارة بنسبة 73% مُقارنةً بالسائل غير المُدار. كما أن إزالة الزيت الزائد بانتظام (بنسبة إزالة تزيد عن 95% أسبوعيًا) تمنع نمو البكتيريا وعدم استقرار المُستحلب. كما أن الإدارة الفعّالة للسوائل تُقلل من تكاليف الأدوات ووقت تعطل الآلات.

1. المقدمة

تتطلب عمليات تشغيل الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي (CNC) دقة وكفاءة عالية. تُعد سوائل القطع ضرورية للتبريد والتشحيم وتفريغ الرقائق. ومع ذلك، فإن تدهور السوائل - الناتج عن التلوث ونمو البكتيريا وانحراف التركيز وتراكم الزيت المتسرب - يُسرّع من تآكل الأدوات ويُعيق إزالة النشارة، مما يؤدي إلى زيادة التكاليف وتوقف العمل. بحلول عام 2025، سيظل تحسين صيانة السوائل تحديًا تشغيليًا رئيسيًا. تُحدد هذه الدراسة كميًا تأثير بروتوكولات الصيانة المحددة على عمر الأدوات وخصائص النشارة في إنتاج الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي بكميات كبيرة.

2. الأساليب

2.1. التصميم التجريبي ومصدر البيانات
أُجريت اختبارات تشغيل مُتحكَّم فيها على مدار ١٢ أسبوعًا على خمس مطاحن CNC متطابقة (Haas VF-2) لمعالجة الألومنيوم 6061-T6. استُخدم سائل قطع شبه صناعي (ماركة X) في جميع الآلات. استُخدمت إحدى الآلات كوحدة تحكم مع صيانة تفاعلية قياسية (لا يتغير السائل إلا عند التدهور الواضح). أما الآلات الأربع الأخرى، فقد طبّقت بروتوكولًا مُنظَّمًا:

• تركيز:يتم القياس يوميًا باستخدام مقياس الانكسار الرقمي (Atago PAL-1)، مع ضبطه على 8% ± 1% باستخدام الماء المركز أو الماء منزوع الأكسجين.

• الرقم الهيدروجيني:يتم مراقبته يوميًا باستخدام مقياس درجة الحموضة المعاير (Hanna HI98103)، ويتم الحفاظ عليه بين 8.5-9.2 باستخدام إضافات معتمدة من الشركة المصنعة.

• الترشيح:ترشيح ثنائي المراحل: فلتر كيسي سعة 40 ميكرومتر، يليه فلتر خرطوشة سعة 10 ميكرومتر. تُغيّر الفلاتر بناءً على فرق الضغط (زيادة ≥ 5 رطل/بوصة مربعة).

• إزالة زيت المتشرد:تم تشغيل مزيل الحزام بشكل مستمر؛ وتم فحص سطح السائل يوميًا، وتم التحقق من كفاءة مزيل الحزام أسبوعيًا (هدف الإزالة >95%).

• سائل المكياج:يتم استخدام السائل المختلط مسبقًا فقط (بتركيز 8%) للتعبئة.

2.2. جمع البيانات والأدوات

• تآكل الأداة:تآكل الجوانب (VBmax) المُقاس على حواف القطع الأولية لقواطع طرفية ثلاثية الأخاديد من الكربيد (Ø12 مم) باستخدام مجهر صانع الأدوات (Mitutoyo TM-505) بعد كل 25 قطعة. تم استبدال الأدوات عند VBmax = 0.3 مم.

• تحليل النشارة:تم جمع النشارة بعد كل دفعة. قُيِّمت درجة "اللزوجة" على مقياس من ١ (حرية التدفق، جافة) إلى ٥ (متكتلة، دهنية) من قِبل ثلاثة مُشغِّلين مستقلين. سُجِّل متوسط الدرجات. حُلِّل توزيع حجم الرقائق دوريًا.

• حالة السوائل:يتم تحليل عينات السوائل أسبوعيا بواسطة مختبر مستقل لمعرفة عدد البكتيريا (CFU/mL)، ومحتوى الزيت الخام (%)، والتحقق من التركيز/الرقم الهيدروجيني.

• توقف الجهاز:تم تسجيلها لتغييرات الأدوات، والتشويشات المتعلقة بالنشارة، وأنشطة صيانة السوائل.

3. النتائج والتحليل

3.1. إطالة عمر الأداة
وصلت الأدوات العاملة وفقًا لبروتوكول الصيانة الهيكلية باستمرار إلى عدد قطع أعلى قبل الحاجة إلى استبدالها. زاد متوسط عمر الأداة بنسبة 28% (من 175 قطعة/أداة في مجموعة التحكم إلى 224 قطعة/أداة وفقًا للبروتوكول). يوضح الشكل 1 مقارنة التآكل التدريجي للجوانب.

3.2. تحسين جودة النشارة
أظهرت معدلات لزوجة النشارة انخفاضًا ملحوظًا في بروتوكول الإدارة، حيث بلغ متوسطها 1.8 مقارنةً بـ 4.1 في بروتوكول التحكم (انخفاض بنسبة 73%). أنتج السائل المُدار رقائق أكثر جفافًا وتحببًا (الشكل 2)، مما أدى إلى تحسين كبير في عملية الإخلاء وتقليل انحشار الآلات. انخفض وقت التوقف عن العمل بسبب مشاكل النشارة بنسبة 65%.

3.3. استقرار السوائل
وقد أكدت التحاليل المخبرية فعالية البروتوكول:

• ظلت أعداد البكتيريا أقل من 10³ CFU/mL في الأنظمة المُدارة، في حين تجاوزت المجموعة الضابطة 10⁶ CFU/mL بحلول الأسبوع السادس.

• بلغ متوسط محتوى الزيت المتشرد <0.5% في السائل المُدار مقابل >3% في المجموعة الضابطة.

• ظل التركيز والرقم الهيدروجيني مستقرين ضمن النطاقات المستهدفة للسائل المُدار، في حين أظهر التحكم انحرافًا كبيرًا (انخفض التركيز إلى 5٪، وانخفض الرقم الهيدروجيني إلى 7.8).

*الجدول 1: مؤشرات الأداء الرئيسية - السائل المُدار مقابل السائل المُتحكم*

4. المناقشة

4.1. آليات تحقيق النتائج
التحسينات تنبع مباشرة من إجراءات الصيانة:

• تركيز ثابت ودرجة الحموضة:ضمان ثبات التزييت ومنع التآكل، مما يقلل بشكل مباشر من التآكل الناتج عن المواد الكاشطة والكيميائية للأدوات. كما أن استقرار الرقم الهيدروجيني يمنع تحلل المستحلبات، ويحافظ على سلامة السوائل، ويمنع "التحمض" الذي يزيد من التصاق النشارة.

• الترشيح الفعال:أدت إزالة الجسيمات المعدنية الدقيقة (الرقائق الدقيقة) إلى تقليل التآكل الكاشط للأدوات وقطع العمل. كما زاد تدفق سائل التنظيف فعاليةً في التبريد وغسل الرقائق.

• التحكم في زيت المتشرد:يُسبب زيت التشحيم (الناتج عن زيوت التشحيم الهيدروليكية) خللًا في المستحلبات، ويُقلل من كفاءة التبريد، ويُوفر بيئةً مناسبةً للبكتيريا. وكانت إزالته ضروريةً لمنع الزنخ والحفاظ على استقرار السوائل، مما يُسهم بشكل كبير في تنظيف نشارة الخشب.

• قمع البكتيريا:الحفاظ على التركيز، ودرجة الحموضة، وإزالة البكتيريا المتعطشة للزيت، ومنع الأحماض والوحل التي تنتجها والتي تؤدي إلى تدهور أداء السوائل، وتآكل الأدوات، وتسبب الروائح الكريهة/النشارة اللزجة.

4.2. القيود والتطبيق العملي
ركزت هذه الدراسة على سائل محدد (شبه صناعي) وسبائك ألومنيوم (6061-T6) في ظل ظروف إنتاج مُتحكم بها وواقعية. قد تختلف النتائج قليلاً باختلاف السوائل أو السبائك أو معايير التشغيل (مثل التشغيل عالي السرعة). ومع ذلك، فإن المبادئ الأساسية للتحكم في التركيز، ومراقبة الرقم الهيدروجيني، والترشيح، وإزالة الزيوت الزائدة قابلة للتطبيق عالميًا.

• تكلفة التنفيذ:يتطلب الاستثمار في أدوات المراقبة (مقياس الانكسار، ومقياس الرقم الهيدروجيني)، وأنظمة الترشيح، وأجهزة إزالة الرغوة.

• تَعَب:يتطلب عمليات فحص وتعديل يومية منضبطة من قبل المشغلين.

• عائد الاستثمار:إن زيادة عمر الأداة بنسبة ٢٨٪ وانخفاض وقت التوقف الناتج عن النشارة بنسبة ٦٥٪ يُحققان عائدًا واضحًا على الاستثمار، مما يُعوّض تكاليف برنامج الصيانة ومعدات إدارة السوائل. كما يُمثّل انخفاض وتيرة التخلص من السوائل (بفضل عمر الحوض الأطول) توفيرًا إضافيًا.

5. الخاتمة

إن صيانة سائل قطع الألومنيوم CNC ليس أمرًا اختياريًا لتحقيق الأداء الأمثل؛ بل هو ممارسة تشغيلية بالغة الأهمية. توضح هذه الدراسة أن اتباع بروتوكول مُنظَّم يُركز على التركيز اليومي ومراقبة الرقم الهيدروجيني (الأهداف: 7-9%، الرقم الهيدروجيني 8.5-9.2)، والترشيح ثنائي المرحلة (40 ميكرومتر + 10 ميكرومتر)، وإزالة الزيوت الزائدة بفعالية (>95%) يُحقق فوائد كبيرة وقابلة للقياس.

1. عمر أداة ممتد:زيادة متوسطة بنسبة 28%، مما يقلل بشكل مباشر من تكاليف الأدوات.

2. نشارة منظفة:انخفاض بنسبة 73% في الالتصاق، وتحسين إخراج الرقائق بشكل كبير وتقليل انحشار الماكينة/وقت تعطلها (انخفاض بنسبة 65%).

3. سائل مستقر:قمع نمو البكتيريا والحفاظ على سلامة المستحلب.

ينبغي على المصانع إعطاء الأولوية لتطبيق برامج إدارة سوائل منضبطة. ويمكن للأبحاث المستقبلية استكشاف تأثير حزم إضافات محددة ضمن هذا البروتوكول، أو دمج أنظمة مراقبة سوائل آلية آنية.