Izbira strategije hlajenja pri rezkanju: poplava, MQL, visokotlačna skozi vreteno ali suho rezkanje

Začnite od tega, kaj dejansko uniči orodje

Rezalna tekočina na stiku orodje-obdelovanec opravlja tri naloge: hlajenje, mazanje in odvod ostružkov. Načini dovajanja te naloge opravljajo različno dobro — poplava je najmočnejša pri hlajenju in odvodu ostružkov, MQL na enoto tekočine najboljši pri mazanju, suho rezkanje pa se v celoti zanaša na odpornost materiala orodja proti toploti in geometrijo lomilca ostružkov¹⁵.

Zato je prvo koristno vprašanje ne to, katera metoda je najboljša, ampak pri kateri od teh treh nalog vaša operacija odpove. Pri aluminiju je odgovor običajno mazanje.

Aluminij toploto hitro prevaja v obdelovanec, zato hlajenje ni tako kritično, medtem ko je prijemanje ostružkov na orodju — nabiranje materiala na rezni robovi (BUE) — glavni način okvare¹⁸.

Temu branju sledijo trije neodvisni objavitelji: aluminij naj bi se izbiral po kriteriju mazanja in preprečevanja BUE, ne hlajenja, pri hitri obdelavi in finoči pa naj bi bili v prednosti meglca ali MQL¹⁸²⁴²⁷.

Ne uskladijo pa se glede posamezne vrste tekočine ali koncentracije — priporočila segajo od 3–5 % do 5–8 % polsintetične tekočine in od meglca do čistega olja, odvisno od operacije — torej iz dokazov ne sledi enotna specifikacija tekočine za aluminij¹⁸²⁷. Titan, nerjaveče jeklo in nikeljeve zlitine so na drugem koncu.

Zaradi nizke toplotne prevodnosti se toplota pri grobi obdelavi kopiči in poškoduje tako orodje kot površino obdelovanca, če je strategija hlajenja napačna; titan potrebuje tekočino, dovedeno neposredno v cono rezanja, nikeljeve zlitine pa preprečevanje nabiranja materiala na rezni robovi⁸.

Če pri vaši operaciji grobo obdelujete enega od teh materialov, izbirate med metodami za hlajenje in odvod ostružkov, ne med metodami za mazanje.

Je to naloga z globokimi elementi ali zahtevno grobo obdelavo?

Odvod ostružkov je druga prepreka in prav tu se dovajanje skozi vreteno loči od poplave. Tok tekočine odplakne ostružke, preden se ponovno režejo; ponovno rezanje poslabša površinsko obdelavo, pospeši obrabo reznih ploščic, v globokih izvrtinah ali žepih pa lahko povzroči zamašitev z ostružki, ki zlomi orodje¹⁵.

Zunanja šoba ne doseže zanesljivo dna globokega žepa, zato je hladilna tekočina skozi vreteno opisana kot skoraj obvezna za globoke notranje elemente — pod pogojem, da to vreteno podpira²⁵.

Za aluminij viri navajajo prag globine nad štirimi premeri: pri takšnih izvrtinah je prednostna hladilna tekočina skozi sveder pri 100–200 psi, ker so ostružki pri aluminiju veliki in prostorninski ter se zlahka zamašijo in povzročijo zlom svedra^{18 24} (podatek poročan s strani dobavitelja)²⁷.

Noben vir v tej zbirki ne navaja primerljivega praga globine luknje za druge materiale, zato štiri premere obravnavajte kot aluminiju lasten pogoj in ne splošno pravilo¹⁸. Hladilna tekočina skozi vreteno je opisana kot prednostna tudi pri grobi obdelavi zahtevnih materialov in globokih kavitah, ker izboljša odvod ostružkov in življenjsko dobo orodja⁸.

Če vaša operacija ni ne globoka ne zahteven grobi prehod, ostaja poplava splošna osnovna izbira za odvod ostružkov¹⁵.

Izločite vse, česar stroj ne zmore

Zmožnosti stroja zožijo izbiro, preden se sploh splača primerjati zmogljivost. Visokotlačna hladilna tekočina skozi orodje je uporabna le tam, kjer stroj podpira zahtevani tlak, dovajanje skozi vreteno pa je pogojeno z zmožnostjo vretena²⁵²⁷.

To preverite, preden karkoli ocenite cenovno.

Poplava, MQL ali suho: kjer material da jasno potrditev

Pri aluminiju je usmerjeni odgovor dovajanje, osredotočeno na mazanje. MQL z oljem za aluminij ali polsintetično tekočino pri 3–5 % je priporočen za aluminij pri 500–1,500 SFM, MQL skozi vreteno pri 50–100 ml/hour pa je opisan kot proizvodna izbira v delavnicah, ki podpirajo MQL^{27 24} (podatek poročan s strani dobavitelja).

Suho rezkanje aluminija je izvedljivo za lahke operacije, kot sta čelna obdelava in lahko rezkanje z ostrim orodjem in učinkovitim odvodom ostružkov, vendar poveča tveganje BUE in skrajša življenjsko dobo orodja v primerjavi z mazanimi pogoji¹⁸. Lito železo teče v nasprotno smer.

Suho ali skoraj suho rezkanje je opisano kot primerno za lito železo, pri čemer občasna poplava ogroža karbidne rezne ploščice s toplotnimi razpokami²⁴. To je primer, kjer dodajanje tekočine orodju lahko škodi namesto da pomaga.

Pri nerjavečem jeklu odločitev ni tako jasna. Trdi, da prevlečena razreda dobro deluje tako pri suhi kot pri mokri obdelavi, obdelovalnost pa se spreminja z legirnimi elementi, toplotno obdelavo in tem, ali je oblika ulita ali kovana¹³.

Pri nerjavečem jeklu torej izbirate po odvodu ostružkov, ciljni površinski obdelavi in pogojih delavnice, ne po pravilu, ki ga določa material.

Fizična razlika za odločitvijo med MQL in poplavo je prostornina: MQL odmeri mazivo pri približno 10–100 mL/hour proti več litrom na minuto pri poplavi, zato mazuje, ne pa množično hladi^{24 27} (podatek poročan s strani dobavitelja).

Zato se poda aluminiju in hitrim strategijam, kjer toplota odide v ostružek, in zato ne sodi tja, kjer je operacija odvisna od množičnega hlajenja ali odvoda iz globokih elementov²⁴.

Cilj površinske obdelave in rezna hitrost prevesita ravnotežje

Dva delovna pogoja prevesita izbiro med prednostjo mazanja in prednostjo hlajenja. Prvi je rezna hitrost: mazanje je pomembnejše od hlajenja pri nizkih rezni hitrosti, pod 300 SFM za jeklo, kjer so temperature zmerne, stik ostružka z rezno ploskev pa intenziven¹⁵.

Drugi je cilj površinske obdelave: za fino obdelavo aluminija do Ra pod 32 µin naj bi čisto rezalno olje, naneseno s poplavo ali meglcem, dalo boljšo površino kot vodna hladilna tekočina, ker učinkoviteje mazuje rezno ploskev¹⁸. Na hitrem koncu se pokaže protinutiven učinek, ki ga je vredno poznati.

Pri zelo visokih hitrostih vretena lahko curek hladilne tekočine pri poplavi odbije ostružke nazaj v rez, zato nekatera letalska podjetja obdelujejo 7075 z lahkim meglcem olja za aluminij namesto s poplavo¹⁸. Če vaša aluminijeva operacija teče hitro in se borite s ponovnim rezanjem ostružkov, meglec lahko očisti bolje kot poplava.

Ena opomba velja za vse to: izbira hladilne tekočine ne nadomesti rezne strategije. Obris ostružka ter hitrino in podajanja, ki jih določa orodna pot, vplivajo na življenjsko dobo orodja in površino prav tako močno kot hladilna tekočina²⁵.

Če je orodna pot napačna, je ne reši nobena metoda dovajanja.

Kaj primerjava stroškov dejansko zajema

Viri poimenujejo stroškovne postavke, a jih ne ocenijo. Strošek hladilne tekočine je opisan kot nenehna obratovalna obremenitev, ki zajema nakup, filtracijo, nadzor koncentracije in odstranjevanje odpadkov, industrijske CNC enote pa porabijo približno 5–15 kW vključno s hladilnimi črpalkami²².

Ta podatek o moči je opažanje specifično za posamezni vir o CNC enotah na splošno, ne primerjava hladilnih sistemov, zato ga uporabite le kot opomnik, da črpanje in filtracija nosita energetsko postavko.

Na drugi strani je MQL opisan kot ponudba večine koristi pri delu obratovalnih stroškov za lahko rezkanje, vrtanje aluminija ali fino obdelavo, kjer je čista, suha delavnica pomembna²⁵.

Hladilna tekočina skozi vreteno je drago konce: zahteva vreteno in orodje, zasnovana zanjo, ter visokotlačni črpalski sistem, ki ga vir opisuje kot nerentabilen za večino hobističnih in lahkih industrijskih strojev²⁵. Torej zgradite stroškovno tabelo, ne sodbe.

Ocenite nakup tekočine, filtracijo in odstranjevanje za poplavo; mazivo in morebitno oskrbo z zrakom za MQL; ter naložbo v črpalko, vreteno in orodje za dovajanje skozi vreteno. Noben vir v tej zbirki ne poda stroška na kos ali na uro za katerokoli od štirih strategij, zato mora primerjava izhajati iz vaših lastnih številk²²²⁵.

Zdravstvene, varnostne in okoljske izmenjave

Štirje pristopi opravijo različne izmenjave, vključno z izpostavljenostjo operaterjev, in napačna izbira stane denarja v obe smeri — suho rezkanje, kjer je potrebna poplava, uniči rezne ploščice v minutah, poplava aluminijeva operacije, ki potrebuje lahkoten meglec, pa ustvari nabiranje materiala na rezni robovi in slabo površino²³.

MQL nosi v dokazih čistejši profil: obdelovanec pusti skoraj suh s čistimi, zlahka recikliranimi ostružki, naveden pa je kot primeren za operacije, kjer je skrb stroška odstranjevanja hladilne tekočine ali okoljske skladnosti, vključno z medicinskimi in letalskimi delavnicami s strogimi zahtevami glede onesnaženja končnih kosov²⁴.

Poplava nosi nasprotno breme — napačna koncentracija, slabo vzdrževanje zbiralnika ali neustrezna kemija lahko povzročijo korozijo, penjenje, draženje kože in rast bakterij²⁴. Tega, česar viri ne dajo, so omejitve izpostavljenosti, podatki merjenja aerozolov ali regulativne zahteve, specifične za te strategije²⁴²³¹⁵.

Skladnost mora priti od vašega regulatorja in vašega lastnega nadzora zraka, ne iz te primerjave.

Kjer se viri ne strinjajo

Dve točki v tej zbirki sta resnično sporni in ne le specifični za posamezen vir, zato ju obravnavajte kot odprti vprašanji za preizkus na vašem lastnem stroju.

Prva je, ali je poplava prava privzeta izbira za aluminij: en vir trdi, da poplava aluminijeva operacije, ki potrebuje lahkoten meglec, ustvari nabiranje materiala na rezni robovi in slabo površino²³, drugi pa priporoča polsintetično tekočino pri 4–6 % s šobami, usmerjenimi v preprečevanje kopičenja ostružkov, za splošno rezkanje aluminija na običajnih strojih s poplavo²⁷.

Druga je lito železo, kjer ga en vir uvršča med suhe ali skoraj suhe materiale, primerne za MQL²⁴, drugi pa poplavo opisuje kot varno privzeto izbiro za težko grobo obdelavo na zaprtem stroju²⁵. Nobenega spora dokazi ne rešijo, rešitev pa verjetno odvisi od konkretne operacije in ne le od materiala.

What the sources do not establish

• Noben vir ne primerja vseh štirih strategij za eno imenovano rezkalno operacijo z ujemajočim razredom orodja, materialom in parametri.
• Ni podatkov o stroških na kos ali na uro za poplavo, MQL, visokotlačno dovajanje skozi vreteno ali suho rezkanje, niti analize vračila naložbe za visokotlačno črpalko ali sistem MQL.
• Ni vrednosti Ra ali dimenzijske natančnosti po posamezni metodi hlajenja za definirano rezkalno operacijo.
• Ni omejitev izpostavljenosti, podatkov merjenja aerozolov ali regulativnih zahtev skladnosti, specifičnih za vrsto hladilne tekočine.
• Ni kriterijev izvedljivosti dododelave MQL obstoječim strojem, zahtev za veznik ostružkov ali ovoj, niti smernic za specifikacijo hladilne tekočine skozi vreteno.
• Ni smernic o kaljenem jeklu, keramičnem/CBN orodju ali obdelavi kompozitov pod štirimi strategijami hlajenja.
• Ni pragov proizvodne prostornine niti primerjave prilagodljivosti mešanice kosov med štirimi strategijami.
• Ni podatkov o uspešnosti odvoda ostružkov za MQL ali suho rezkanje v primerjavi s poplavo, niti pragov globine luknje zunaj aluminija.