Frezavimo vėsinimo strategijos pasirinkimas: užliejimas, MQL, didelio slėgio vėsinimas per verpstę arba apdirbimas be vėsinimo

Pradėkite nuo to, kas iš tikrųjų naikina įrankį

Pjaustymo skystis įrankio ir ruošinio sąlyčio zonoje atlieka tris darbus: vėsina, tepa ir šalina drožles. Tiekimo būdai šiuos darbus atlieka nevienodai — užliejimas stipriausias vėsinant ir šalinant drožles, MQL stipriausias ten, kur vertinamas tepimas skysčio vienetui, o apdirbimas be vėsinimo visiškai remiasi įrankio medžiagos atsparumu karščiui ir drožles lūžio geometrija¹⁵.

Todėl naudingiausias pirmasis klausimas nėra „kuris metodas geriausias“, o „kurio iš trijų darbų jūsų operacija neįveikia“. Aliuminiui atsakymas paprastai yra tepimas.

Aliuminis greitai atiduoda šilumą ruošiniui, todėl vėsinimas mažiau kritinis, o drožlių prikibimas prie įrankio — užsiteršimas (BUE) — yra pagrindinis gedimo mechanizmas¹⁸. Trys nepriklausomi leidėjai sutampa dėl šios išvados: aliuminį reikia rinktis pagal tepimą ir BUE prevenciją, o ne pagal vėsinimą, o didelio greičio ir apdailos darbams pageidaujama migla arba MQL¹⁸²⁴²⁷.

Tačiau jie nesutampa dėl vieno skysčio tipo ar koncentracijos — rekomendacijos svyruoja nuo 3–5 % iki 5–8 % pusiau sintetinio ir nuo miglos iki gryno aliejaus priklausomai nuo operacijos — todėl iš turimų įrodymų neišplaukia viena aliuminio skysčio specifikacija¹⁸²⁷. Titanas, nerūdijantis plienas ir nikelio lydiniai yra kitoje pozicijų pusėje.

Dėl mažo šiluminio laidumo šiluma kaupiasi grubiojo apdirbimo pjūvyje ir, jei vėsinimo strategija netinka, pažeidžia ir įrankį, ir ruošinio paviršių; titanui skystis turi būti tiekiamas tiesiai į pjaustymo zoną, o nikelio lydiniams būtina BUE prevencija⁸.

Jei jūsų operacija — vienos iš šių medžiagų grubusis apdirbimas, tai reiškia vėsinimo ir drožlių šalinimo metodo, o ne tepimo metodo pasirinkimą.

Ar tai gilus elementas ar sunkus grubusis apdirbimas?

Drožlių šalinimas yra antra riba, ir būtent čia tiekimas per verpstę skiriasi nuo užliejimo. Skysčio srautas nuplauna drožles, kol jos vėl nepjaustomos; pakartotinis pjaustymas blogina paviršiaus šiurkštumą, spartina keičiamųjų plokštelių dėvėjimąsi, o giliuose angose arba kišenėse gali sukelti drožlių kaupimąsi, kuris sulaužo įrankį¹⁵.

Išorinė žarna negali patikimai pasiekti gilios kišenės dugno — todėl vėsinimas per verpstę apibūdinamas kaip beveik privalomas giliems vidaus elementams, su sąlyga, kad verpstė jį palaiko²⁵.

Būtent aliuminiui šaltiniai nurodo slenkstį — gylis virš keturių skersmenų: tada pirmenybė teikiama vėsinimui per grąžtą esant 100–200 psi, nes aliuminio grąžtų drožlės didelės ir tūrinės, lengvai susikaupia ir suardo grąžtą^{18 24} (tiekėjo pateiktas skaičius)²⁷.

Nė vienas šaltinis šiame rinkinyje nenurodo panašaus angos gylio slenksčio kitoms medžiagoms, todėl keturių skersmenų reikšmę vertinkite kaip aliuminiui būdingą sąlygą, o ne bendrą taisyklę¹⁸. Vėsinimas per verpstę taip pat apibūdinamas kaip pageidautinas sunkioms medžiagoms grubiajam apdirbimui ir gilioms ertmėms, nes gerina drožlių šalinimą ir įrankio tarnavimo laiką⁸.

Jei jūsų operacija nei gili, nei sunkus grubusis ėjimas, užliejimas išlieka universaliu drožlių šalinimo pagrindu¹⁵.

Atmeskite tai, ko įranga negali atlikti

Įrangos galimybės susiaurina pasirinkimą dar prieš bet kokį našumo palyginimą. Didelio slėgio vėsinimas per įrankį taikomas tik ten, kur įranga palaiko reikiamą slėgį, o tiekimas per verpstę galimas tik su atitinkama verpstės galimybe²⁵²⁷.

Šiuos klausimus išspręskite dar prieš vertindami bet ką kita.

Užliejimas, MQL ar be vėsinimo: kur medžiaga duoda aiškų atsakymą

Aliuminiui kryptingas atsakymas yra tepimą skatinantis tiekimas. MQL su aliuminiui skirtu aliejumi arba pusiau sintetiniu 3–5 % koncentracija rekomenduojama aliuminiui esant 500–1,500 SFM, o MQL per verpstę 50–100 ml/hour apibūdinamas kaip gamybinis pasirinkimas dirbtuvėse, kurios palaiko MQL^{27 24} (tiekėjo pateiktas skaičius).

Aliuminio apdirbimas be vėsinimo galimas lengvoms operacijoms, tokioms kaip galų trynimas ir lengvas frezavimas su aštriais įrankiais ir intensyviu drožlių šalinimu, tačiau jis didina BUE riziką ir trumpina įrankio tarnavimo laiką, palyginti su tepamomis sąlygomis¹⁸. Ketas yra priešingai.

Apdirbimas be vėsinimo arba beveik be vėsinimo apibūdinamas kaip tinkamas ketaus frezavimui, nes periodinis užliejimas kelia terminio įtrūkimo riziką kietojo lydinio plokštelėse²⁴. Tai atvejis, kai skysčio pridėjimas gali pakenkti įrankiui, o ne padėti.

Nerūdijantis plienas mažiau vienareikšmis. Teigiama, kad dengta rūšis gerai veikia ir sausomis, ir šlapiomis apdirbimo sąlygomis, o apdirbamumas kinta priklausomai nuo legiruojančių elementų, terminio apdirbimo ir to, ar ruošinys lietas, ar kaltas¹³.

Nerūdijančiam plienui rinkitės pagal drožlių šalinimą, paviršiaus šiurkštumo tikslą ir dirbtuvių sąlygas, o ne pagal medžiagos nuleistą taisyklę. Fizinis skirtumas, lemiantis pasirinkimą tarp MQL ir užliejimo, yra tūris: MQL dozuoja tepalą maždaug 10–100 mL/hour, o užliejimas naudoja daug litrų per minutę, todėl MQL tepa, bet neatlieka tūrinio vėsinimo^{24 27} (tiekėjo pateiktas skaičius).

Todėl jis tinka aliuminiui ir didelio greičio strategijoms, kur šiluma išeina su drožle, ir netinka ten, kur operacija priklauso nuo tūrinio vėsinimo arba gilių elementų drožlių šalinimo²⁴.

Paviršiaus tikslas ir pjovimo greitis keičia pusiausvyrą

Dvi eksploatacinės sąlygos perkelia pasirinkimą tarp tepimo prioriteto ir vėsinimo prioriteto. Pirmoji — pjovimo greitis: teigiama, kad esant mažesniam nei 300 SFM pjovimo greičiui plienui tepimas svarbesnis už vėsinimą, nes temperatūros vidutinės, bet kontaktas tarp drožlės ir priekinio paviršiaus labai glaudus¹⁵.

Antra — paviršiaus šiurkštumo tikslas: aliuminio apdailai iki Ra mažiau nei 32 µin teigiama, kad grynas pjaustymo aliejus, tiekiamas užliejimu ar migla, užtikrina geresnį paviršių nei vandens pagrindo vėsinimo skystis, nes efektyviau tepa priekinį paviršių¹⁸. Didelio greičio srityje verta žinoti prieš intuiciją priešingą efektą.

Labai dideliais verpstės greičiais užliejimo srovė gali nukreipti drožles atgal į pjūvį — todėl kai kurios aviacijos dirbtuvės 7075 apdirba lengva aliuminiui skirto pjaustymo aliejaus migla, o ne užliejimu¹⁸. Jei jūsų aliuminio operacija vyksta greitai ir kovoja su pakartotinu drožlių pjaustymu, migla gali veikti geriau už užliejimą.

Vienas įspėjimas liečia viską, kas išdėstyta: vėsinimo pasirinkimas nepakeičia pjaustymo strategijos. Drožlės apkrova bei įrankio trajektorijos nustatyti greičiai ir padavimai įtakos įrankio tarnavimo laikui ir paviršiui tiek pat, kiek vėsinimas²⁵.

Jei trajektorija neteisinga, joks tiekimo būdas to neištaiso.

Ką iš tikrųjų apima kaštų palyginimas

Šaltiniai įvardija kaštų eilutes, bet jų neįkainoja. Vėsinimo skysčio kaštai apibūdinami kaip nuolatinė eksploatacinė našta, apimanti pirkimą, filtravimą, koncentracijos stebėjimą ir atliekų šalinimą, o pramoniniai CNC įrenginiai suvartoja maždaug 5–15 kW su vėsinimo siurbliais²².

Tas galios skaičius yra konkretaus šaltinio pastebėjimas apie CNC įrenginius apskritai, o ne vėsinimo sistemų palyginimas, todėl jis naudingas tik kaip priminimas, kad siurbimas ir filtravimas sukelia energijos kaštus. Kitoje pusėje MQL apibūdinamas kaip duodantis didžiąją dalį naudos už dalį eksploatacinių kaštų lengvam frezavimui, aliuminio gręžimui ar apdailai, kur svarbi švari ir sausa dirbtuvė²⁵.

Vėsinimas per verpstę yra brangiausia pusė: jam reikia verpstės ir įrankių, tam suprojektuotų, bei didelio slėgio siurbimo sistemos, kuri šaltinio apibūdinama kaip nepelninga daugumai mėgėjiškų ir lengvų pramoninių staklių²⁵. Praktinė išvada — sudaryti kaštų sąmatą, o ne verdiktą.

Įvertinkite skysčio pirkimą, filtravimą ir šalinimą užliejimui; tepalą ir oro tiekimą MQL; siurblį, verpstę ir įrankių investiciją vėsinimui per verpstę. Nė vienas šaltinis šiame rinkinyje nepateikia kaštų vienai daliai ar valandai nė vienai iš keturių strategijų, todėl palyginimas turi kilti iš jūsų pačių skaičių²²²⁵.

Sveikatos, saugos ir aplinkosaugos kompromisai

Keturi metodai sudaro skirtingus kompromisus, įskaitant operatoriaus paveikumą, o netinkamas pasirinkimas kainuoja pinigus abiem kryptimis — apdirbimas be vėsinimo ten, kur reikia užliejimo, sunaikina plokšteles per minutes, o aliuminio operacijos užliejimas ten, kur užtektų lengvos miglos, sukelia drožlių užsiteršimą ir prastą paviršių²³.

Pagal įrodymus MQL turi švariausią profilį: jis palieka ruošinį beveik sausą su švariomis, lengvai perdirbamomis drožlėmis ir įvardijamas kaip tinkamas operacijoms, kur vėsinimo skysčio šalinimo kaštai ar aplinkosauginė atitiktis kelia susirūpinimą, įskaitant medicinos ir aviacijos dirbtuves su griežtais gatavų dalių užterštumo reikalavimais²⁴.

Užliejimas turi priešingą naštą — netinkama koncentracija, prastas rezervuaro priežiūra ar nesuderinta chemija gali sukelti koroziją, putojimą, odos dirginimą ir bakterijų dauginimąsi²⁴. To, ko šaltiniai neduoda, yra bet kokios paveikumo ribos, aerozolio matavimo duomenys ar reglamentiniai reikalavimai, būdingi šioms strategijoms²⁴²³¹⁵.

Atitiktį lemia jūsų reguliavimo institucija ir jūsų oro patikra, o ne šis palyginimas.

Kur šaltiniai nesutaria

Du šio rinkinio klausimai iš tiesų ginčytini, o ne tik susieti su vienu šaltiniu, todėl juos vertinkite kaip atvirus klausimus, kuriuos reikia išbandyti savo staklėse.

Pirmasis — ar užliejimas yra tinkamas numatytasis aliuminio variantas: vienas šaltinis teigia, kad aliuminio operacijos, kuriai reikia lengvos miglos, užliejimas sukelia drožlių užsiteršimą ir prastą paviršių²³, o kitas rekomenduoja pusiau sintetinį 4–6 % koncentraciją su žarnomis, nukreiptomis taip, kad drožlės nesikauptų, įprastam aliuminio frezavimui standartinėse staklėse su užliejimu²⁷.

Antrasis — ketus: vienas šaltinis jį priskiria prie sausų ar beveik sausų medžiagų, tinkamų MQL²⁴, o kitas apibūdina užliejimą kaip saugų numatytąjį variantą sunkiam grubiajam apdirbimui uždarose staklėse²⁵. Nė vienas ginčas nėra išspręstas įrodymais, o sprendimas greičiausiai priklauso nuo konkrečios operacijos, o ne tik nuo medžiagos.

What the sources do not establish

• Nė vienas šaltinis nepalygina visų keturių strategijų vienai įvardytai frezavimo operacijai su tomis pačiomis įrankio rūšimi, medžiaga ir parametrais.
• Nėra kaštų vienai daliai ar valandai duomenų apie užliejimą, MQL, didelio slėgio tiekimą per verpstę ar apdirbimą be vėsinimo, ir nėra didelio slėgio siurblio ar MQL sistemos investicijos atsipirkimo analizės.
• Nėra Ra ar matmenų tikslumo verčių pagal vėsinimo metodą apibrėžtai frezavimo operacijai.
• Nėra paveikumo ribų, aerozolio matavimo duomenų ar reglamentinių atitikties reikalavimų, būdingų konkrečiam vėsinimo tipui.
• Nėra MQL įrengimo esamose staklėse galimybių kriterijų, drožlių konvejerio ar apsaugos reikalavimų ar verpstės vėsinimo per įrankį specifikacijos gairių.
• Nėra gairių dėl grūdinto plieno, keramikos/CBN įrankių ar kompozitų apdirbimo taikant keturias vėsinimo strategijas.
• Nėra gamybos apimties slenksčių ar dalių mišinio lankstumo palyginimo tarp keturių strategijų.
• Nėra drožlių šalinimo našumo duomenų apie MQL ar apdirbimą be vėsinimo, palyginti su užliejimu, ir nėra angos gylio slenksčių už aliuminio ribų.