Come mantenere il fluido da taglio CNC in alluminio per una maggiore durata dell'utensile e trucioli più puliti

 PFT, Shenzhen

Il mantenimento di condizioni ottimali del fluido da taglio CNC per alluminio influisce direttamente sull'usura degli utensili e sulla qualità dei trucioli. Questo studio valuta i protocolli di gestione dei fluidi attraverso prove di lavorazione controllate e analisi dei fluidi. I risultati dimostrano che un monitoraggio costante del pH (intervallo target 8,5-9,2), il mantenimento della concentrazione tra il 7 e il 9% mediante rifrattometria e l'implementazione di una filtrazione a doppio stadio (40 µm seguito da 10 µm) prolungano la durata degli utensili in media del 28% e riducono l'appiccicosità dei trucioli del 73% rispetto al fluido non gestito. Una regolare rimozione dell'olio di scarto (rimozione >95% settimanalmente) previene la proliferazione batterica e l'instabilità dell'emulsione. Una gestione efficace dei fluidi riduce i costi di lavorazione e i tempi di fermo macchina.

1. Introduzione

La lavorazione CNC dell'alluminio richiede precisione ed efficienza. I fluidi da taglio sono fondamentali per il raffreddamento, la lubrificazione e l'evacuazione dei trucioli. Tuttavia, la degradazione dei fluidi – causata da contaminazione, proliferazione batterica, deriva di concentrazione e accumulo di olio di scarto – accelera l'usura degli utensili e compromette la rimozione dei trucioli, con conseguente aumento dei costi e dei tempi di fermo. Entro il 2025, l'ottimizzazione della manutenzione dei fluidi rimarrà una sfida operativa fondamentale. Questo studio quantifica l'impatto di specifici protocolli di manutenzione sulla longevità degli utensili e sulle caratteristiche dei trucioli nella produzione CNC di alluminio ad alto volume.

2. Metodi

2.1. Progettazione sperimentale e fonte dei dati
Sono stati condotti test di lavorazione controllata per 12 settimane su 5 frese CNC identiche (Haas VF-2) che lavoravano alluminio 6061-T6. Su tutte le macchine è stato utilizzato un fluido da taglio semisintetico (marca X). Una macchina è stata utilizzata come controllo con manutenzione standard e reattiva (il fluido veniva sostituito solo in caso di deterioramento visibile). Le altre quattro hanno implementato un protocollo strutturato:

• Concentrazione:Misurato quotidianamente utilizzando un rifrattometro digitale (Atago PAL-1), regolato all'8% ±1% con concentrato o acqua deionizzata.

• pH:Monitorato quotidianamente mediante un pHmetro calibrato (Hanna HI98103), mantenuto tra 8,5 e 9,2 mediante additivi approvati dal produttore.

• Filtrazione:Filtrazione a doppio stadio: filtro a sacco da 40 µm seguito da un filtro a cartuccia da 10 µm. I filtri vengono sostituiti in base alla differenza di pressione (aumento ≥ 5 psi).

• Rimozione dell'olio in eccesso:Skimmer a nastro azionato in continuo; superficie del fluido controllata quotidianamente, efficienza dello skimmer verificata settimanalmente (obiettivo di rimozione >95%).

• Fluido per il trucco:Per i rabbocchi viene utilizzato solo fluido premiscelato (concentrazione all'8%).

2.2 Raccolta dati e strumenti

• Usura degli utensili:Usura del fianco (VBmax) misurata sui taglienti primari di frese in metallo duro a 3 taglienti (Ø12 mm) utilizzando un microscopio per utensili (Mitutoyo TM-505) ogni 25 pezzi. Utensili sostituiti a VBmax = 0,3 mm.

• Analisi dei trucioli:Trucioli raccolti dopo ogni lotto. Valutazione dell'"appiccicosità" su una scala da 1 (fluido, asciutto) a 5 (grumoso, unto) da parte di 3 operatori indipendenti. Punteggio medio registrato. Analisi periodica della distribuzione granulometrica dei trucioli.

• Condizione del fluido:Campioni di fluidi settimanali analizzati da un laboratorio indipendente per la conta batterica (UFC/mL), il contenuto di olio di scarto (%) e la verifica della concentrazione/pH.

• Tempo di inattività della macchina:Registrati per cambi utensile, inceppamenti dovuti a trucioli e attività di manutenzione dei fluidi.

3. Risultati e analisi

3.1. Estensione della durata dell'utensile
Gli utensili sottoposti al protocollo di manutenzione strutturata hanno costantemente raggiunto un numero maggiore di componenti prima di dover essere sostituiti. La durata media dell'utensile è aumentata del 28% (da 175 componenti/utensile nel controllo a 224 componenti/utensile nel protocollo). La Figura 1 illustra il confronto dell'usura progressiva del fianco.

3.2. Miglioramento della qualità dei trucioli
I punteggi di viscosità dei trucioli hanno mostrato una drastica diminuzione con il protocollo gestito, attestandosi in media a 1,8 rispetto a 4,1 per il controllo (riduzione del 73%). Il fluido gestito ha prodotto trucioli più asciutti e granulari (Figura 2), migliorando significativamente l'evacuazione e riducendo gli inceppamenti della macchina. I tempi di fermo macchina dovuti a problemi di trucioli sono diminuiti del 65%.

3.3. Stabilità dei fluidi
Le analisi di laboratorio hanno confermato l'efficacia del protocollo:

• La conta batterica è rimasta al di sotto di 10³ CFU/mL nei sistemi gestiti, mentre il controllo ha superato 10⁶ CFU/mL entro la settimana 6.

• Il contenuto medio di olio di scarto nel fluido gestito era <0,5% rispetto a >3% nel controllo.

• La concentrazione e il pH sono rimasti stabili entro gli intervalli target per il fluido gestito, mentre il controllo ha mostrato una deriva significativa (concentrazione in calo al 5%, pH in calo a 7,8).

*Tabella 1: Indicatori chiave di prestazione – Fluido gestito vs. fluido di controllo*

4. Discussion

4.1. Meccanismi che determinano i risultati
I miglioramenti derivano direttamente dalle azioni di manutenzione:

• Concentrazione stabile e pH:Garantisce una lubrificazione costante e un'inibizione della corrosione, riducendo direttamente l'usura abrasiva e chimica degli utensili. Il pH stabile previene la degradazione degli emulsionanti, mantenendo l'integrità del fluido e prevenendo l'"inacidimento" che aumenta l'adesione dei trucioli.

• Filtrazione efficace:La rimozione di particelle metalliche fini (trucioli fini) ha ridotto l'usura abrasiva su utensili e pezzi. Il fluido più pulito scorreva anche in modo più efficace durante il raffreddamento e il lavaggio dei trucioli.

• Controllo dell'olio di scarto:L'olio di scarto (proveniente da lubrificanti per vie di scorrimento, fluidi idraulici) altera le emulsioni, riduce l'efficienza di raffreddamento e costituisce una fonte di nutrimento per i batteri. La sua rimozione è fondamentale per prevenire l'irrancidimento e mantenere la stabilità del fluido, contribuendo in modo significativo a ottenere trucioli più puliti.

• Soppressione batterica:Mantenendo la concentrazione e il pH e rimuovendo i batteri affamati di olio estraneo, prevenendo gli acidi e la melma che producono, che degradano le prestazioni del fluido, corrodono gli utensili e causano cattivi odori/trucioli appiccicosi.

4.2. Limitazioni e implicazioni pratiche
Questo studio si è concentrato su un fluido specifico (semisintetico) e una lega di alluminio (6061-T6) in condizioni di produzione controllate ma realistiche. I risultati possono variare leggermente con fluidi, leghe o parametri di lavorazione diversi (ad esempio, lavorazioni ad altissima velocità). Tuttavia, i principi fondamentali del controllo della concentrazione, del monitoraggio del pH, della filtrazione e della rimozione degli oli estranei sono universalmente applicabili.

• Costo di implementazione:Richiede investimenti in strumenti di monitoraggio (rifrattometro, pHmetro), sistemi di filtrazione e schiumatoi.

• Lavoro:Richiede controlli e regolazioni giornaliere disciplinate da parte degli operatori.

• Ritorno sull'investimento:L'aumento dimostrato del 28% della durata degli utensili e la riduzione del 65% dei tempi di fermo macchina dovuti ai trucioli garantiscono un chiaro ritorno sull'investimento, compensando i costi del programma di manutenzione e delle apparecchiature di gestione dei fluidi. La riduzione della frequenza di smaltimento dei fluidi (dovuta alla maggiore durata della vasca di raccolta) rappresenta un ulteriore risparmio.

5. Conclusion

La manutenzione del fluido da taglio CNC per alluminio non è un optional per prestazioni ottimali; è una pratica operativa fondamentale. Questo studio dimostra che un protocollo strutturato incentrato sul monitoraggio giornaliero della concentrazione e del pH (obiettivi: 7-9%, pH 8,5-9,2), sulla filtrazione a doppio stadio (40 µm + 10 µm) e sulla rimozione aggressiva dell'olio indesiderato (>95%) offre vantaggi significativi e misurabili:

1. Durata prolungata dell'utensile:Aumento medio del 28%, con conseguente riduzione diretta dei costi di attrezzaggio.

2. Trucioli più puliti:Riduzione del 73% dell'appiccicosità, con conseguente drastico miglioramento dell'evacuazione dei trucioli e riduzione degli inceppamenti/tempi di fermo macchina (riduzione del 65%).

3. Fluido stabile:Ha soppresso la crescita batterica e mantenuto l'integrità dell'emulsione.

Le fabbriche dovrebbero dare priorità all'implementazione di programmi di gestione dei fluidi disciplinati. La ricerca futura potrebbe esplorare l'impatto di specifici pacchetti di additivi nell'ambito di questo protocollo o l'integrazione di sistemi automatizzati di monitoraggio dei fluidi in tempo reale.