알루미늄 CNC 절삭유를 유지하여 공구 수명 연장 및 깨끗한 절삭칩 제거 방법

 PFT, 선전

최적의 알루미늄 CNC 절삭유 상태를 유지하는 것은 공구 마모 및 절삭칩 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 연구는 제어된 가공 시험 및 유체 분석을 통해 유체 관리 프로토콜을 평가합니다. 연구 결과에 따르면, 일관된 pH 모니터링(목표 범위 8.5~9.2), 굴절계를 이용한 농도 7~9% 유지, 그리고 2단계 여과(40µm 후 10µm)를 시행할 경우, 관리되지 않은 유체 대비 공구 수명이 평균 28% 연장되고 절삭칩 점착성은 73% 감소합니다. 정기적인 트램프 오일 스키밍(매주 95% 이상 제거)은 박테리아 증식 및 에멀전 불안정성을 방지합니다. 효과적인 유체 관리는 공구 비용 및 기계 가동 중단 시간을 줄여줍니다.

1. 서론

알루미늄 CNC 가공은 정밀성과 효율성을 요구합니다. 절삭유는 냉각, 윤활 및 칩 배출에 필수적입니다. 그러나 오염, 박테리아 증식, 농도 변화, 트램프 오일 축적으로 인한 절삭유의 열화는 공구 마모를 가속화하고 절삭유 제거를 저해하여 비용 증가 및 가동 중단 시간 증가로 이어집니다. 2025년까지 절삭유 유지보수 최적화는 핵심 운영 과제로 남을 것입니다. 본 연구는 대량 알루미늄 CNC 생산에서 특정 유지보수 프로토콜이 공구 수명 및 절삭유 특성에 미치는 영향을 정량화합니다.

2. 방법

2.1. 실험 설계 및 데이터 출처
6061-T6 알루미늄을 가공하는 동일한 CNC 밀링 머신(Haas VF-2) 5대를 사용하여 12주 동안 제어 가공 시험을 수행했습니다. 모든 기계에 반합성 절삭유(브랜드 X)를 사용했습니다. 한 기계는 표준 반응형 유지보수(유체 교체는 눈에 띄게 열화되었을 때만)를 적용하여 대조군으로 사용했습니다. 나머지 4대는 다음과 같은 체계적인 프로토콜을 적용했습니다.

• 집중:디지털 굴절계(Atago PAL-1)를 사용하여 매일 측정하고 농축액이나 DI수로 8% ±1%로 조정합니다.

• pH:교정된 pH 측정기(Hanna HI98103)를 사용하여 매일 모니터링하고, 제조업체에서 승인한 첨가제를 사용하여 8.5-9.2 사이를 유지합니다.

• 여과법:이중 단계 여과: 40µm 백 필터 후 10µm 카트리지 필터. 필터는 압력 차이(5psi 이상 증가)에 따라 교체되었습니다.

• 트램프 오일 제거:벨트 스키머는 지속적으로 작동했습니다. 유체 표면은 매일 점검했고, 스키머 효율성은 매주 검증했습니다(제거 목표 95% 이상).

• 메이크업액:보충에는 미리 혼합된 액체(농도 8%)만 사용됩니다.

2.2. 데이터 수집 및 도구

• 공구 마모:3날 초경 엔드밀(Ø12mm)의 주 절삭날에서 25개 부품 가공 후 공구 제작자용 현미경(Mitutoyo TM-505)을 사용하여 측정한 측면 마모(VBmax)입니다. VBmax가 0.3mm일 때 공구를 교체했습니다.

• 스와프 분석:각 배치 후 칩을 수거했습니다. 3명의 독립 작업자가 "점착성"을 1점(흐름성, 건조함)에서 5점(뭉침, 기름짐)까지 평가했습니다. 평균 점수를 기록했습니다. 칩 크기 분포는 주기적으로 분석했습니다.

• 유체 상태:매주 독립적인 실험실에서 체액 샘플을 분석하여 세균 수(CFU/mL), 부유유 함량(%), 농도/pH 검증을 실시합니다.

• 기계 가동 중지 시간:공구 교체, 칩 관련 걸림, 유체 유지 관리 활동이 기록됩니다.

3. 결과 및 분석

3.1. 공구 수명 연장
체계적 유지보수 프로토콜에 따라 작동하는 공구는 교체가 필요하기 전까지 부품 수가 지속적으로 증가했습니다. 평균 공구 수명은 28% 증가했습니다(대조군에서 공구당 175개 부품에서 프로토콜 적용 시 공구당 224개 부품으로 증가). 그림 1은 점진적인 측면 마모 비교를 보여줍니다.

3.2. 스와프 품질 개선
스와프 점착성 등급은 관리 프로토콜에서 평균 1.8로 대폭 감소한 반면, 대조군에서는 4.1(73% 감소)을 기록했습니다. 관리 유체는 더 건조하고 입자가 큰 칩을 생성하여(그림 2) 배출 성능을 크게 개선하고 기계 걸림을 줄였습니다. 스와프 문제로 인한 가동 중단 시간은 65% 감소했습니다.

3.3. 유체 안정성
실험실 분석 결과 프로토콜의 효과가 확인되었습니다.

• 관리 시스템에서는 세균 수가 10³ CFU/mL 미만으로 유지되었지만, 대조군은 6주차에 10⁶ CFU/mL을 초과했습니다.

• 관리 유체의 트램프 오일 함량은 평균 0.5% 미만인 반면, 대조군에서는 3% 이상이었습니다.

• 관리 유체의 경우 농도와 pH는 목표 범위 내에서 안정적으로 유지되었지만, 대조군에서는 상당한 변동이 나타났습니다(농도는 5%로 떨어지고 pH는 7.8로 떨어짐).

*표 1: 핵심 성과 지표 - 관리형 유체 대 제어형 유체*

4. 토론

4.1. 결과를 주도하는 메커니즘
개선 사항은 유지 관리 작업에서 직접적으로 비롯됩니다.

• 안정된 농도 및 pH:일관된 윤활성과 부식 방지 효과를 보장하여 공구의 연마 및 화학적 마모를 직접적으로 줄였습니다. 안정적인 pH는 유화제 분해를 방지하여 유체의 온전성을 유지하고 절삭칩 부착을 증가시키는 "산화" 현상을 방지했습니다.

• 효과적인 여과:미세 금속 입자(스왑 미립자)를 제거하면 공구와 가공물의 연삭 마모가 감소합니다. 또한 세척액이 냉각 및 칩 세척에 더 효과적으로 흐릅니다.

• 트램프 오일 제어:트램프 오일(웨이 윤활유, 유압유)은 에멀젼을 파괴하고 냉각 효율을 저하시키며 박테리아의 먹이가 됩니다. 이 오일을 제거하는 것은 산패 방지 및 유체 안정성 유지에 필수적이며, 더 깨끗한 절삭가루를 얻는 데 크게 기여합니다.

• 세균 억제:농도와 pH를 유지하고, 오일이 부족한 박테리아를 제거하여 이들이 생성하는 산과 점액을 방지합니다. 이러한 산과 점액은 유체 성능을 저하시키고, 도구를 부식시키고, 악취/끈적한 부스러기를 발생시킵니다.

4.2. 한계 및 실제적 의미
본 연구는 통제된 현실적인 생산 조건에서 특정 유체(반합성)와 알루미늄 합금(6061-T6)에 초점을 맞추었습니다. 결과는 유체, 합금 또는 가공 매개변수(예: 초고속 가공)에 따라 약간씩 다를 수 있습니다. 그러나 농도 제어, pH 모니터링, 여과 및 트램프 오일 제거의 핵심 원리는 보편적으로 적용 가능합니다.

• 구현 비용:모니터링 도구(굴절계, pH 측정기), 여과 시스템, 스키머에 대한 투자가 필요합니다.

• 노동:운영자가 매일 규칙적으로 점검하고 조정해야 합니다.

• 투자수익률:공구 수명 28% 증가 및 절삭 부스러기 관련 가동 중단 시간 65% 감소는 투자 수익률(ROI)을 높여 유지보수 프로그램 및 유체 관리 장비 비용을 상쇄합니다. 섬프 수명 연장으로 인한 유체 폐기 빈도 감소는 추가적인 절감 효과를 가져옵니다.

5. 결론

알루미늄 CNC 절삭유의 유지 관리는 최적의 성능을 위해 선택 사항이 아니라 필수적인 운영 방식입니다. 본 연구는 일일 농도 및 pH 모니터링(목표: 7-9%, pH 8.5-9.2), 2단계 여과(40µm + 10µm), 그리고 적극적인 트램프 오일 제거(95% 이상)에 중점을 둔 체계적인 프로토콜이 유의미하고 측정 가능한 이점을 제공한다는 것을 보여줍니다.

1. 연장된 도구 수명:평균 28% 증가로 툴링 비용이 직접 감소했습니다.

2. 클리너 스왑:점착성이 73% 감소하여 칩 배출이 크게 개선되고 기계 걸림/가동 중단 시간이 65% 감소했습니다.

3. 안정된 유체:박테리아 증식을 억제하고 에멀젼의 완전성을 유지했습니다.

공장은 엄격한 유체 관리 프로그램 시행을 우선시해야 합니다. 향후 연구에서는 이 프로토콜에 따른 특정 첨가제 패키지의 영향이나 자동화된 실시간 유체 모니터링 시스템의 통합을 연구할 수 있을 것입니다.