Мониторинг на смазочно-охлаждащи течности

АвтоматизацияСп. Инженеринг ревю - брой 6/2021 • 17.09.2021

  • Регулярният анализ на смазочно-охлаждащите флуиди е ключов за постигането на устойчиво качество и надеждност на металообработката

  • Все повече металообработващи предприятия използват сензори за налягане, които осъществяват мониторинг на доставката на СОТ

  • Цялостните автоматизирани решения за мониторинг на процесите по смазване и охлаждане се предлагат като самостоятелни продукти, подходящи за интегриране в съществуващи производства, или като вградена функционалност на самото металообработващо оборудване

 

Оборудването с ЦПУ, фрезовите машини, обработващите центри и изобщо всички типове металообработващи системи е необходимо да бъдат осигурени с ефективни смазочно-охлаждащи технологии, за да се гарантира надеждната им и безпроблемна работа. Съвременните машини обикновено са фабрично снабдени с вградени системи за доставка на смазочно-охлаждащ флуид. При голяма част от моделите се използва концентрат на водна основа, който се разрежда по време на експлоатационния период, но често се случва тази задача да се пренебрегне поради липса на време. В резултат е възможно да се стигне до нежелани, продължителни и скъпи престои на оборудването, а в отделни случаи и до аварии, налагащи ремонт и дори подмяна на инструменталната екипировка или някои от машинните компоненти.

В допълнение редица експлоатационни фактори могат да влошат качеството на смазочно-охлаждащите течности (СОТ) при механична обработка. Тяхното ниво, чистота, температура и налягане също подлежат на стриктен контрол. Ето защо специалистите препоръчват регулярен мониторинг с цел поддържането на флуида, процеса и оборудването в оптимално състояние.

На пазара вече се предлага широк асортимент от сензори, измервателни прибори и цялостни автоматизирани системи за управление и мониторинг на смазването и охлаждането при съвременните металообработващи машини с ЦПУ. Оборудвани със специални контролери, помпи, терморегулатори и човеко-машинни интерфейси, високотехнологичните автоматизирани решения позволяват напълно автономна работа в мрежа с една или повече машини в производствената система и гарантират качествена и безпроблемна обработка.


Защо е необходим мониторинг?

Смазочно-охлаждащите технологии са “кръвоносната система” на всяка металообработваща машина. Използваните за целта смеси се съхраняват в специален резервоар, от който се доставят до точката на обработка. Цели групи от няколко машини могат да бъдат конфигурирани така, че да черпят СОТ от обща система.

Модерните синтетични и полусинтетични флуиди обикновено представляват смеси от вода и различни химични добавки, включително масла, емулгатори, корозионни инхибитори и биоциди. За анализа на състоянието им металообработващите цехове могат да се доверят на акредитирана лаборатория или да инвестират в собствени решения за мониторинг.

С течение на времето при механична обработка пропорциите на отделните компоненти в СОТ се променят, като обикновено концентрацията на емулгатори, инхибитори на ръжда и биоциди намалява. Същевременно количеството масла и разтворени твърди вещества в лубриканта се увеличава, както и нивото на алкалност на сместа. Тези промени имат значителен ефект върху относителното съотношение на съставките на смазочния концентрат, което от своя страна може да повлияе драстично на работата на машината.

Ако охладителният компонент е в прекалено голямо количество спрямо останалите вещества, на практика се получава загуба на продукт, което води до по-високи разходи за обработка. В допълнение свойствата на сместа се променят и се отделят повече димни газове, образува се пяна, която заедно с частиците материал се натрупва върху обработвания детайл, а върху цветните метали могат да се получат петна. При прекалено ниска концентрация на охлаждащ компонент сервизният цикъл на инструменталната екипировка пък може значително да се съкрати. Намалява се полезният живот и на самата СОТ, а свойствата на корозионните инхибитори и биоцидите са компрометирани.

Ето защо регулярният анализ на смазочно-охлаждащите флуиди е ключов за постигането на устойчиво качество и надеждност на металообработката. При някои процеси това означава ежедневни проверки на нивата на отделните компоненти. Така потребността от непрекъснат мониторинг на смазването постепенно се налага като водеща при все повече производители на метални изделия.

Мащабът на обработващата конфигурация и работните часове на машините показват какви корекции в концентрацията на флуида са необходими, за да се поддържа оптимална ефективност и производителност. За смазочно-охлаждаща система, обслужваща само една машина или център, обикновено са необходими малки количества добавки, за да се възстанови правилното съотношение на съставките. При големи групи машини, количествата пропорционално нарастват.


Лабораторни и конвенционални методи

СОТ често са изложени на замърсяване, разреждане, смесване и окисление при наличието на прекомерно ниски или високи температури по време на механична обработка. Основна цел на лабораторния анализ на такива продукти, който се предлага като услуга от специално сертифицирани за целта фирми и организации, е да обследва моментното състояние на флуида (а понякога – и на цялата смазочно-охлаждаща система) и да даде препоръки за възвръщането на оптималните му свойства. Изследването на СОТ се извършва посредством широк спектър от тестови методи и протоколи с помощта на съответното контролно-измервателно оборудване. Някои специалисти в бранша разполагат с цялостни специализирани решения, които на базата на кумулативните резултати и данни от различни химични тестове, сензори, прибори и апаратура изследват вида на флуида, съдържанието на твърди частици, неговия цвят и мирис, електропроводимост, наличието на молибдати, нитрати, точката му на замръзване, нивата на pH и т. н.

Популярни конвенционални решения, които се използват за измерване на концентрацията на отделните компоненти в СОТ, са оптичните рефрактометри. Сред предимствата им са тяхната преносимост и сравнително ниска цена, лесната им употреба и поддръжка, незабавното получаване на резултати от измерванията, както и почти универсалната им приложимост (при повечето флуиди на водна основа). Рефрактометрите имат и някои недостатъци, които е добре да бъдат отчетени преди дадено металообработващо предприятие да вземе решение дали да инвестира в такива уреди, в специални сензори или в цялостно автоматизирано решение, когато такова е рентабилно да се внедри. Оптичният рефрактометър измерва индекса на пречупване на цялата смес, а не само на отделен компонент. Ето защо данните от измерванията могат да се окажат неточни, когато смазочно-охлаждащата система използва по-твърда вода с високо минерално съдържание или във флуида има масла. Така възниква необходимост от често рекалибриране на инструмента с пречистена вода.


Сензорни решения

За да се гарантира прецизна и щадяща инструменталната екипировка обработка на металните детайли, от критично значение е ефективната доставка на СОТ. Все повече металообработващи предприятия използват сензори за налягане, които осъществяват мониторинг на този процес. Някои от глобалните доставчици на решения в сферата на индустриалната автоматизация разработват специални серии от такива сензори, предназначени за приложения в областта на механичната обработка. Те се отличават с особен дизайн, подходящ за работа в агресивна среда – със заварен метален корпус на измервателния модул и висок клас на защита (IP6K7K, IP6K7 или IP6K9K). Издръжливостта на такива сензорни решения носи множество предимства на предприятията, които ги внедряват в производствата си – висока разходна ефективност и редуцирани престои на машините, лесен монтаж и въвеждане в експлоатация и интуитивна работа благодарение на буквено-цифровия дисплей (който може да бъде и цветен). Дори при големи работни натоварвания специализираните сензори за мониторинг на смазочно-охлаждащите течности в системата прецизно измерват доставеното количество лубрикант, а отклоненията от зададените параметри незабавно се визуализират посредством промяна в цветната индикация.


Автоматизиран мониторинг

Вследствие на неподходяща концентрация или pH баланс на смазочно-охлаждащия флуид е възможно да се стигне до повреда на режещите пластини, обработващите инструменти, обработваните детайли и дори на критични машинни компоненти. Рискът е особено голям при високоскоростно и високопрецизно рязане. Поддържането на оптимална доставка на СОТ с правилен състав и пропорции създава предпоставка за по-високи темпове на подаване, по-голяма дълбочина на обработка, по-добро качество на повърхностите, по-дълъг живот на инструментите и усъвършенствана енергийна и производствена ефективност. В допълнение известна част от смазочно-охлаждащите флуиди се губи с времето при стружкоотвеждане, поради изпаряване, разливи и други типични за процеса явления. При единична обработваща машина в цеха понякога е икономически обосновано поддръжката на СОТ да се извършва от оператора или специално ангажиран за целта служител, но при едромащабни производства с голям брой обработващи машини и центри ръчната проверка на различни параметри на флуида с портативни уреди би била напълно неефективна и би причинила сериозна загуба на време, капацитет и средства поради нежелани престои.

Ето защо все повече компании в бранша залагат на цялостни автоматизирани решения за мониторинг на процесите по смазване и охлаждане, които могат да обслужват една или повече металообработващи машини с ЦПУ в група. Тези решения се предлагат като самостоятелни продукти, подходящи за интегриране в съществуващи производства, или като вградена функционалност на самото металообработващо оборудване. Управлението и визуализацията на процесните променливи в такива платформи се извършва посредством човеко-машинен интерфейс с програмиеум контрол. Отделните сензори и задвижващи механизми в системата се свързват в индустриална Ethernet мрежа чрез I/O модули.


Предимства

Една централизирана система за мониторинг на СОТ може да включва сензори за концентрацията, чистотата, нивото, налягането и температурата на сместа. Събираните от непрекъснатите измервания данни се обработват от контролер, който управлява помпена система и други функционални елементи. На база резултатите от полевите тестове контролерът може да зададе команда за увеличаване или намаляване на подаването на СОТ към дадена машина, както и за спиране на системата, когато качеството на флуида не отговаря на зададените изисквания. Допълнителни количества вода, охлаждащ компонент и други съставки на сместа могат да бъдат съхранявани в отделни резервоари и автоматично дозирани и добавяни към циркулиращия работен обем СОТ. Температурата на течността пък може да бъде регулирана посредством топлообменни апарати. Предвид множеството ползи, които автоматизирането на този комплексен процес носи на производителите, инвестицията в автоматизирана система може да се възвърне за изключително кратък период.

Споделената инсталация за захранване със СОТ при няколко обслужвани машини обикновено се управлява от централен контролер с интегрирани функции за визуализация, който позволява изобразяването на диаграми за състоянието и консумацията на флуид на всяка отделна машина. Сензорите и актуаторите, които измерват и регулират състоянието на течността, са свързани към локални шлюзове или гейтуеи посредством I/O модули, което елиминира нуждата от допълнително окабеляване при инсталация на системата.

В допълнение към редуцирани разходи за охлаждащ флуид вследствие на внедряването на решение за автоматичен мониторинг и управление на процеса, металообработващите предприятия могат да се възползват още от цялостна оптимизация на бюджета, времето и персонала си, по-дълъг сервизен живот на СОТ, инструменталната екипировка и оборудването, както и от по-високо качество на готовите изделия. Значително се подобряват и устойчивостта, надеждността и ефективността на производство в дългосрочен план.

 

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top