АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ СОЖ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Статья посвящена описанию основных компонентов системы мониторинга и предварительной характеристике программного обеспечения, используемого в регламенте. Система мониторинга будет содержать четыре датчика для регистрации значений рН, электропроводности, температуры и концентрации в режиме реального времени. После обработки записанных данных программным обеспечением Lab_VIEW часть регулирования предлагаемой системы будет осуществлять регулировку рабочей жидкости в резервуаре-накопителе в соответствии с оптимальными свойствами жидкости путем добавления воды или концентрата. Разработанное устройство обеспечит простую  систему, которая будет контролировать качество используемой жидкости для металлообработки в течение срока ее службы и поддерживать ее в оптимальном состоянии без помощи оператора.

ВВЕДЕНИЕ

Смазочно-охлаждающие жидкости или жидкости для металлообработки (СОЖ) широко используются для охлаждения и смазки, удаления стружки и предотвращения коррозии во время операций механической обработки, таких как сверление, точение, фрезерование и шлифование. Эффективное применение СОЖ приводит к увеличению срока службы инструмента, улучшению качества обработки, увеличению срока службы станка, эффективному управлению процессом  и снижению вариабельности процесса. Сегодня в продаже имеется широкий ассортимент смазочно-охлаждающих жидкостей. В зависимости от выполняемых операций механической обработки и желаемой конечной поверхности требуемые свойства смазочно-охлаждающей жидкости могут быть ориентированным либо на охлаждение, либо на смазку, либо на то и другое вместе. Эффективность смазочно-охлаждающей жидкости зависит от ряда факторов, таких как типы операций механической обработки, параметры резания и методы нанесения смазочно-охлаждающей жидкости. СОЖ, в частности водорастворимые типы, разработаны таким образом, чтобы работать в определенном диапазоне условий таких как концентрация, рН, уровень загрязнения, посторонние масла, бактерии и плесень. Когда происходит критическое превышение рабочего  диапазона  в одной или нескольких из этих областей, могут возникнуть проблемы с производительностью СОЖ. Следовательно, необходимо иметь набор тестов, позволяющих регулярно и эффективно контролировать рабочую эмульсию, чтобы она соответствовала этим условиям эксплуатации.

  

Очень важно спроектировать систему мониторинга и управления таким образом, чтобы поддерживать работоспособность и препятствовать деградации жидкости. Контроль включает измерение нескольких параметров, анализ информации и принятие решений о контрмерах (главным образом добавление биоцида, регулировка концентрации или фильтрация/очистка жидкости). Оператор станка должен решить, какие факторы необходимо регистрировать и отслеживать. Этим факторам следует уделить приоритетное внимание и адаптированный для конкретных ситуаций на объекте. Например, на установке, использующей смешивающиеся с водой СОЖ при хорошем микробиологическом контроле в зоне с мягкой водой мы можем контролировать концентрацию жидкости, рН, биологическое загрязнение, уровень биоцида, остаточное масло, склонность к пенообразованию, склонность к коррозии, внешний вид, запах и т.д. Исторически микробное загрязнение СОЖ было проблемой в металлообрабатывающей промышленности, в первую очередь из-за потенциальных неблагоприятных последствий для здоровья и влияния роста микробов на качество жидкости и производительность. Жидкость разлагается под действием микроорганизмов, что может привести к изменению вязкости жидкости, а кислые продукты ферментации могут снизить рН жидкостей, вызывая коррозию и утечки в системе обработки металла. В СОЖ на водной основе микроорганизмы, занесенные из окружающей среды машин, представляют собой дополнительную проблему, поскольку их метаболизм разлагает органические компоненты жидкости до кислых продуктов, что увеличивает вероятность коррозии станка. Для поддержания оптимальной производительности смазочно-охлаждающей жидкости ее свойства должны быть стабильны в определенных пределах. Это достигается за счет добавления воды и химических веществ для сбалансирования их состава во время эксплуатации. Все смазочно-охлаждающие жидкости предназначены для работы в диапазон значений рН щелочи составляет от 8,0 до 9,5, поскольку щелочность помогает контролировать коррозию и минимизировать рост микроорганизмов. Как упоминалось ранее, снижение рН смазочно-охлаждающих жидкостей обычно является результатом активности бактерий и может служить индикатором общего состояния жидкости. Уровень pH определяет, насколько кислой или щелочной является жидкость для удаления металла, и важно ежедневно регистрировать его. Снижение рН может привести к усилению коррозии, появлению неприятных запахов и дестабилизации жидкости для удаления металла. Концентрация является наиболее важной переменной для контроля. Электропроводность может дать некоторую информацию о качестве жидкости для удаления остатков металла, стружки, пыли.
Проводимость жидкости будет зависеть от повышения жесткости воды в результате испарения, растворенных металлов и других загрязняющих веществ. Данные о электропроводности следует сравнить со значениями концентрации, чтобы помочь в определении загрязнения. Электропроводность может быть изменена концентрацией смеси, повышением жесткости воды, содержанием хлоридов или сульфатов в воде, температурой смеси, растворенными металлами и практически любыми другими загрязнителями. С тех пор, как так много постоянно меняющиеся переменные могут влиять на проводимость, поэтому однократное считывание не имеет большого значения. Наблюдение за любыми тенденциями в этих показателях электропроводности в течение определенного периода времени может быть полезно для оценки состояния смеси и ее старения, а также помочь в решении проблем с остатками или нестабильными смесями. Техническое обслуживание машин, трубопроводов охлаждающей жидкости и насосов является неотъемлемой частью управления жидкостями.
Чистые станки более экономично используют СОЖ и продлевают срок службы жидкости. Любая грязь и масло, которым разрешено оставаться в системе, просто рециркулируют, что приводит к закупорке трубопроводов охлаждающей жидкости и неприглядному виду машины накопление и рост бактерий. Перед загрузкой системы свежей жидкостью необходимо очистить всю систему, чтобы контролировать биологический рост и поддерживать надлежащую работу системы. Простая промывка чистящего раствора через систему не обеспечивает адекватной очистки. Чтобы должным образом очистить систему машины, в загрязненную жидкость следует добавить биоцид и дать ему циркулировать перед откачкой резервуара. Следует удалить всю стружку и видимые отложения. Микробиологическое загрязнение смешиваемых с водой жидкостей для металлообработки СОЖ является серьезной проблемой в металлургической промышленности. Надлежащее техническое обслуживание систем рециркуляции СОЖ может продлить срок службы охлаждающих жидкостей и обеспечить качество обрабатываемых деталей.

Рис. 1 Блок-схема системы мониторинга и регулирования СОЖ

На рис. 1 представлена блок-схема всей системы мониторинга и регулирования. Как видно из блок-схемы, система мониторинга и регулирования содержит четыре резервуара, из которых один используется для измерений, один используется в качестве смешанного резервуара, один является резервуаром машинного бака, а последний содержит концентрат выбранной жидкости.


Рис. 2 Универсальный фрезерный станок моноблочного типа DMU 85

Для моделирования системы мониторинга и регулирования мы выбрали станок DMG DMU 85 monoBLOCK (рис. 2) 5-ти координатной  обработки. Этот фрезерный станок предназначен для одновременной обработки по 5 осям, высокодинамичной высокоскоростной обработки, высокопроизводительной обработки с высоким крутящим моментом или для производства объемных деталей, требующих трех-пяти осей. Обрабатываемые материалы различны, в основном это алюминиевые сплавы и стали. Используемая жидкость для металлообработки  Petrofer Emulcut 160 BW. Это нейтральная по рН полусинтетическая охлаждающая жидкость, разработанная для обработки алюминия в тяжелых условиях. Рекомендуется для шлифования, хонингования, фрезерования, точения, сверления и нарезания резьбы по алюминию и другим аэрокосмическим сплавам. СОЖ Petrofer Emulcut 160 BW не содержит бора, хлора, фенола и нитритов.