كنترل عملكرد سیالات ماشین كاری

در یک سیستم روانکاری اگر نمونه گیری و نظارت بر کیفیت روغن در حال کار به طور منظم انجام شود قبل از اینکه مشکل بزرگی در سیستم رخ دهد، اپراتور آگاه شده و در نتیجه هزینه های ناشی از پیامدهای آن کاهش می یابد. تحقیقات اخیر در امریکای شمالی نشان داده که ارزش آنالیز و کنترل به حدی است که بیش از۲۵۰ درصد از هزینه های انجام شده را بر می گرداند.

به طور کلی اجرای یک سیستم مدیریت روانکاری در سیستم ماشین کاری به منظور رسیدن به اهداف زیر است:

– توجه بیشتر به سلامتی اپراتور و کاهش خطرات بهداشتی

– کاهش هزینه ساخت

– کاهش مصرف سیال و صرفه جویی در مصرف

– افزایش ظرفیت تولید

– کاهش حجم پساب دور ریز

– کم کردن زمان خواب دستگاه در اثر تعمیرات

یک برنامه مدیریتی برای کنترل سیالات ماشین کاری در خط تولید

می بایست با دقت اجرا شود تا مشکلات مربوطه به حداقل برسد. به همین منظور برای نگهداری سیال در شرایط بهینه لازم است اقدامات زیر به طور مرتب بررسی و آزمایش شود.

تست های روزانه شامل میزان سرریز (makeup سیال)، کنترل روغنهای سرگردان، غلظت سیال، کنترل رنگ و کنترل PH .

کنترل های هفتگی شامل کنترل رشد میکروارگانیسمها، قلیائیت، بار آلودگی و پایداری سیال.

کنترل دوره ای شامل زنگ زدگی، کف، قابلیت فیلتراسیون و کشش سطحی.

برای انجام تست، نیاز به نمونه برداری است که باید به صورت تصادفی و از یک مکان (بهتر است که شیر خروجی داشته باشد) انجام گیرد. اگر از شیر نمونه گیری استفاده می کنیم بهتر است به مدت۳۰ ثانیه پس از باز شدن شیر، نمونه برداری انجام شود.

چرا و چگونه باید غلظت را کنترل کرد؟

یکی از مشخصه های مهم سیال حل شونده »غلظت« است. در یک حلالیت مناسب، میزان لازمی از پاک کننده، بازدارنده خوردگی، بیوساید و روغن وجود دارد. اگر غلظت پایین باشد کارایی سیال پایین بوده و زود فاسد می شود، همچنین ماشین ابزار زنگ زده و طول عمر آن کاهش می یابد. در مقابل، اگر غلظت زیاد باشد مشکلاتی نظیر کف کردن، باقی ماندن سیال روی اجزای کار و ماشین را ایجاد خواهد کرد. همچنین باعث بروز مشکلات بهداشتی نظیر حساسیت های پوستی، تنفسی برای اپراتور قسمت خواهد شد.

باید توجه داشت که غلظت سیال معمولاً توسط یکی از سه روش، شکافت اسیدی (Acid Split) ، شاخص انکساری (Refractive Index) ، تیتراسیون شیمیایی (Chemical Titration) انجام می شود.

از طرفی درصد اختلاط براساس پیشنهاد سازنده دستگاه برای شرایط کارکرد خاص تعریف می شود. روش »شکاف اسیدی« فقط برای نیمه سنتزیها و روغن های محلول در آب قابل استفاده است. در این روش در یک سانتریفوژ با اضافه کردن اسید سولفوریک، امولسیون را تخریب کرده و فاز روغنی به صورت لایه ای در بالای فاز آبی جدا می شود. در این شرایط، غلظت بر اساس نسبت روغن به آب سنجیده و گزارش می شود.

روش »شاخص انکساری« براساس تغییر شاخص انکساری محلول مورد نظر و یک محلول شاهد (سیال Fresh در آب) استوار است. در این روش به محض حضور هر نوع ماده شیمیایی و آلودگی میزان شکست تغییر کرده و فقط یک معیار نسبی است. رفرکتومتر را نیز می توان به سادگی از بازار تهیه کرد.

در روش »تیتراسیون شیمیایی«، با برآورد حجم ماده شیمیایی استفاده شده برای تیتر، می توان غلظت را تخمین زد. سادگی کار به اندازه تیتراسیون اسید با باز است. به عبارت دیگر، این روش، شامل واکنشی از امولسیفایر آنیونی در سیال با مقدار معلومی از پلیمرهای کاتیونی است.

نکته حایز اهمیت در تعیین غلظت- استفاده از دو روش همزمان است. در صورتی که آزمون ها به صورت روزانه و حداقل۲ بار در هفته انجام شود نتیجه دقیق تری به دست می آید و تکرار آزمایش بستگی به سایز سیستم فاضلاب و شرایط کارکرد MRF دارد.

تعیین قلیائیت

با کارکرد سیالات ماشین کاری در سیستم و وارد شدن ترکیباتی نظیر روغن سرگردان، آب سخت و آلودگی ها، قلیائیت محصول تغییر می کند. قلیائیت بر اساس حجم مصرفی اسید در تیتراسیون حجم خاصی از نمونه در رسیدن به PH خاص اندازه گیری می شود. افزایش ناگهانی قلیائیت نشان دهنده حضور آلودگی در سیستم است و نسبت به موادی واکنش نشان

می دهد که یونی نباشند.

تعیین رسانش

اطلاعات جمع آوری شده از رسانش مشابه اندازه گیری قلیائیت است با این تفاوت که رسانش حضور همه یونها را نشان می دهد ولی قلیائیت نسبت به مواد قلیایی غیریونی حساس است. بنابراین آزمایش های یاد شده مکمل همدیگرند. با مصرف سیالات ماشین کاری به دلیل شکل گیری نمکها در اثر حرارت، رسانش افزایش می یابد. در این تست میزان رسانش افزایش می یابد تا محدوده حلالیت کامل شود سپس میزان رسانش نیز ثابت می شود. در طول آزمایش یونهای غیرآلی از بین رفته و یونهای آلی از فاز آبی به فاز روغنی می روند.

تعیین PH

میزان خاصیت قلیایی سیال با میزان PH آن در ارتباط مستقیم است. PH سیال برای هر مقداری از نمونه یکسان است ولی قلیائیت فرق می کند. معمولاً PH سیال استفاده نشده حدود۹/۲-۸/۵ است ولی بیشتر سازندگان سیالات ماشین کاری، محدوده PH محصول را اعلام می کنند.در بیشتر مواقع علت کاهش PH رشد میکروبی است. با توجه به شکل گیری اسیدها، می توان از هیدروکسید سدیم یا پتاسیم (کاستیک) یا بورات سدیم استفاده کرد تا PH در دامنه خاصی کنترل شود.

روش پایداری امولسیون

با دادن زمان کافی به نمونه امولسیون و یا استفاده از سانتریفوژ و مشاهده میزان روغن آزاد در سطح آن می توان پایداری آن را بررسی کرد. در این روش معمولاً نمونه در لوله سانتریفوژ با سرعت پایین ۳۰۰۰ RPM به مدت۱۵ دقیقه ریخته می شود تا پایداری لازم و مناسب امولسیون بدست آید. این تست می بایست روزانه انجام گیرد. برخی مواقع با افزودن امولسیفایر، پایداری سیال بهتر خواهد شد.

ظاهر فیزیکی

ظاهر فیزیکی می تواند نشان دهنده مشکل دار بودن یک سیال باشد. ایجاد لایه های روغن آزاد در سطح اموسیون، تغییر رنگ آن از حالت شفافیت به شیری و یا خاکستری و سیاه ( رشد میکروبی) و تشکیل بخار و مه نشان دهنده مشکلاتی در ناپایداری سیال است.

آلودگی های مورد نظر در امولسیون ها عبارتند از: روغنها، ضایعات، نمکها و مواد میکروبی.

روغن ها: به روغن های وارد شده به سیستم سیالات ماشین کاری روغن های سرگردان گفته می شود که می توانند روغن های هیدرولیک، دنده، کشوییها، گریس، بازدارنده های زنگ زدگی، شوینده های ماشین ابزار و سطح زمین باشند. می توان روغن های سرگردان را با فیلتر یا سانتریفوژ جدا کرد.

ضایعات: هر گونه تراشه و براده حاصل از عملیات ماشین کاری، مواد غذایی، ته سیگار و دیگر ضایعات می توانند به صورت سوسپانسیون در سیال وارد شوند که توسط فیلتراسیون و یا ته نشینی باید جدا شوند.

میزان ضایعات سیستم بر اساس بازده فیلتراسیون کنترل می شود. در تست گراویمتری حدود۱۰۰ سی سی نمونه امولسیون از یک غشا با سایز معلوم (حدود۸ m)عبور داده می شود. وزن مواد زاید باقی مانده در پشت فیلتر براساس ppm اندازه گیری می شود. یکی از ایرادهای وارده بر این سیستم این است که ذرات با سایز کمتر از ۸ m از فیلتر عبور می کند و در نتایج ppm گزارش نمی شوند. چنین مواردی در ریخته گری آلومینیوم و چدن دیده می شود. امروزه تحقیقات نشان می دهد که مشکلاتی که ذرات با سایز کمتر از ۸ m ایجاد می کنند به مراتب بیشتر از ذرات با سایز بزرگتر است. در تست سانتریفوژ، کل جامدات با سایز ۱-۱۰ m گزارش می شوند که فیلتر نمی تواند آنها را بردارد. بهترین روش در این زمینه استفاده از هر دو روش گراویمتری و سانتریفوژ است. که به روش سانتریفوژ بصورت منظم و مداوم ولی روش گراویمتری به صورت دوره ای و به محض ایجاد شدن مشکل کیفی خاص باید بکار گرفته شوند.

نمکها: تجمع نمک در امولسیون از طریق تبخیر آب یا خارج شدن آن توسط قطعه است. با حضور یون، امولسیون کمتر پایدار است و کارایی سیال کاهش می یابد سولفاتها و کلرایدها موجب ایجاد مشکلات خوردگی

می شوند.

یونهای منیزیم و کلسیم با امولسیفایر واکنش داده و رسوب در آن شکل می گیرد. بهترین روش در شناسایی یونها، کروماتوگرافی در یونی است که توسط اشعه x یا اسپکتروسکوپی جذب اتمی انجام می شود. روشهای کالیمتری و تیتراسیون نیز قابل استفاده هستند.

میکروبها: سیالات ماشین کاری به ویژه سیالات محلول در آب، می توانند برای رشد برخی میکروارگانیسمها مناسب باشند. این گونه میکروارگانیسمها همان انواع موجود در خاک، هوا و بدن انسان است و با روش های متفاوتی از جمله شمارش پلیتها، عمق سنجی، تعیین میزان اکسیژن نامحلول قابل اندازه گیری هستند و به۳ روش پاک نگه داشتن سیستم، استفاده از سیالات غیرقابل تجزیه توسط باکتریها و استفاده از بیوسایدها قابل کنترل هستند. ولی این روش ها به دلیل مصرف مواد شیمیایی (برای روانکاری و پاک کنندگی و …) موجود و تولید محصولات اسیدی و کاهش PH ، به سیال ما ضرر می رسانند.

بنابراین به طور خلاصه یک برنامه کنترل و نگهداری سیالات ماشین کاری عبارت است از:

– تخلیه، پاک سازی و شارژ به موقع سیستم

– کنترل سطح سیال و غلظت آن

– ممانعت از ورود مواد زاید به آن

– استفاده از آب با سختی ۸۰-۱۲۸ ppm (کلراید، نیترات و سولفات کم).

– هوادهی و به گردش در آوردن سیال در زمان خاموشی دستگاه

– انجام عملیات فلاشینگ مناسب در مخزن

– بستن راه نشتی روغن سرگردان و خارج کردن آنها

– کنترل رشد میکروبی با افزودن بیوساید و یا افزودن سیال غلیظ تازه

– انجام و ثبت مداوم تست های لازم

علت برخی مشکلات ایجاد شدهکم شدن سطح سیال: اگر سطح سیال۳۰ درصد زیر میزان مجاز سطح سیال برسد یعنی حجمش کم شده است و این کاهش می تواند در اثر تبخیر سیال باشد که منجر به غلیظ شدن آن می شود. در این صورت سرریز سیال در یک حلالیت مورد نظر در آب می تواند کاهش غلظت یا مواد افزودنی که از مخزن خارج شده اند را بهبود بخشد.

تغییر رنگ و ظاهر سیال: یک سیال در شرایط مطلوب، شفاف (در سیال سنتری) و شیری رنگ تا شفاف (در سیال نیمه سنتزی) و شیری سفید (برای روغن هایی حل شونده) است. اگر رنگ آن سیاه یا خاکستری شود نشان دهنده حضور باکتری است و اگر سیال کمی زرد یا قهوه ای شود و یا رنگ آن از بین برود نشان دهنده حضور روغن سرگردان است.

علت بوی بد: بوی ایجاد شده در سیال ناشی از رشد میکروبی است. تغییر این بو با مواد معطر نه تنها مشکل را حل نمی کند بلکه باعث ورود میکروارگانیسمها به همراه بخار و مه در هوا شده و آثار مخرب بهداشتی برای سلامتی اپراتور در محیط ایجاد می کند. در صورت ایجاد بوی متعفن و یا گنداب، سیال باید تعویض شود.

علت کف کردن: عبارت است از استفاده از آب نرم (سختی زیر ۷۰ ppm)، آلوده شدن با شوینده ها، استفاده از غلظت بالای سیال، کوچک بودن سایز سیستم، جاری بودن حجم زیادی از سیال، عدم آزاد شدن هوا از آن و عدم تعادل بین سورفاکتانتها.

در این فعل و انفعال کف توسط سورفاکتانتهای آنیونی به صورت حجیم و بزرگ تولید می شود. ولی سورفاکتانتهای غیریونی کف های کوچک، متراکم و پایدار ایجاد می کنند.

علت حساسیت های پوستی: استفاده از سیال غلیظ، قلیائیت بالا، آلودگی فلزی، وجود امولسیون ناپایدار و آلودگی های ناشی از عملیات ماشین کاری است که البته ممکن است مربوط به سیال نباشد و ریشه های دیگری (از جمله: ضعف بهداشت فردی، عادات اشتباه کاری، استفاده از صابونهای نامناسب، استفاده از دستکش آلوده و در تماس با سیال بودن در مدت زمان طولانی) داشته باشد.

علایم فرا رسیدن زمان تخلیه سیستم

این علایم فهرست وار عبارتند از:

شروع عملیات خوردنگی و زنگ زدگی بر روی ماشین آلات و یا قطعه تولید شده، شروع اکسیداسیون و رشد باکتریها (به ویژه در انواع حل شونده)، تخریب ابزار برش حاصل از کاهش کارایی ادتیو، مسدود شدن مسیر جریان در اثر رشد قارچها، ایجاد جوش خوردگی های موقت در اثر حرارت تولید شده و تولید کف زیاد.

در انتهای طول عمر مفید سیالات زمانی می رسد که باید سیال از سیستم تخلیه شود. از آنجایی که مقدار زیادی روغن و گریس و ترکیبات آلی

محلول و نامحلول، شوینده ها، در روغن استفاده شده وجود دارد می بایست با انجام یک سری عملیات، تا حد امکان- آن را تصفیه کرد.

روش های معمول کاهش آلودگی و جداسازی آنها از روغن عبارتند از:

تبخیر (Evaporation) ، اصلاح شیمیایی (Chemical Treatment) ، جداسازی غشایی (Membrance Sepration)، اصلاح بیولوژیکی (Biological Treat ment) .

که در هر مرحله از روش خاص استفاده می شود و بیشتر وقتها نیاز است تا هر روش را به صورت مکمل استفاده کرد. به طور کلی ویژگی های زیر علت برتری یک روش به روش دیگر است: قیمت و هزینه عملیات، کیفیت آب حاصل شده بعد از فرایند تصفیه، پیچیدگی فرایند و وجود دانش فنی و محدودیتهای زیست محیطی در محل مورد نظر.