De toekomst van metaalbewerkingsvloeistoffen, machinesmeermiddelen en koelvloeistoffen

Wat brengt de toekomst voor koelvloeistoffen, smeermiddelen en metaalbewerkingsvloeistoffen? We spraken met veteranen uit de industrie om de evolutie van het koelvloeistoflandschap van vandaag en de innovaties van morgen beter te begrijpen.

Wat is nieuw en de toekomst voor metaalbewerkingsvloeistoffen? Het hangt af van een paar essentiële voorwaarden:Welk materiaal wordt er gesneden? Wat zijn de voorschriften en plaatselijke behoeften voor MWF's op het moment dat ze worden gebruikt? En welke innovaties op het gebied van gereedschappen en productie zullen wortel schieten die de aard van koeling kunnen veranderen?

Vanuit marktperspectief wordt verwacht dat de markt voor metaalbewerkingsvloeistoffen tegen 2025 wereldwijd zal groeien tot $ 15 miljard, volgens Global Market Insights, een onderzoeksbureau en adviesbureau. In 2016 schatte Markets and Markets Research dat de MWF-markt in 2020 9,74 miljard dollar zou bedragen bij een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 3,2 procent.

Voor veel metalen die worden gesneden, zoals staal en ijzer, is smering - met water of olie (of beide) - van belang voor het verwijderen van spaanafval, en additieven helpen voorkomen dat metalen vervormen en roesten te voorkomen - en deze vloeistoffen helpen de oppervlaktetemperaturen en standtijd van het gereedschap behouden. Toch ontstaan ​​er gezondheids- en veiligheidsproblemen wanneer MWF's in het spel zijn, dus vloeistofproducenten passen hun formuleringen en chemische samenstellingen consequent aan en passen ze aan om de prestaties te maximaliseren en verspilling te minimaliseren. Klanten willen koelvloeistoffen kunnen recyclen om kosten te besparen - en ze willen ook dat reeds gebruikte koelvloeistof zo lang mogelijk in de opvangbak blijft zonder gezondheidsproblemen te veroorzaken.

Het is geen gemakkelijke taak. Het grootste gezondheidsprobleem over de hele linie is huidirritatie - iets wat alle makers proberen te helpen voorkomen, maar de juiste systemen, zoals mistcollectoren en beschermende uitrusting, zoals handschoenen, oogbescherming en gezichtsmaskers, moeten ook worden gebruikt, vind de vloeistofmakers.

Innovatie vindt plaats door de prestatiebehoeften van het maken van onderdelen in evenwicht te brengen met de gewenste gezonde resultaten. Het wordt steeds gemakkelijker om aan deze behoeften te voldoen, maar het is een lange weg geweest om daar te komen. Er is de beweging naar een minimale hoeveelheid smering - en dat is precies hoe het klinkt:gebruik de minste hoeveelheid smering met de minste hoeveelheid chemicaliën, additieven en emulgatoren. De zorgen en bezorgdheid over andere op chemicaliën gebaseerde gezondheidskwesties hebben ertoe geleid dat veel regelgevers en hele regio's het gebruik van bepaalde chemicaliën vaak helemaal verbieden.

Aan de horizon zijn er verre, komende jaren geruis van vloeistoffen die misschien verouderd raken. Er is nog een lange weg te gaan voordat dat gebeurt, maar het is voldoende dat de geïnterviewde bedrijven zich bewust zijn van de mogelijkheid, net als onderzoeksanalisten die de markt in de gaten houden.

Zijn de gevaren die verband houden met MWF's zo gevaarlijk als sommige regelgevers denken dat ze kunnen zijn? De geïnterviewde vloeistofmakers voelen zich sterk in de gezondheids- en veiligheidsproblemen, maar zijn het erover eens dat ze overboord gaan om ze aan te pakken.

Vloeistoffen, koel- en machinesmeermiddelen voor metaalbewerking:waar we waren, waar we nu zijn

Toen technologie hielp om de bewerking te versnellen en de druk om onderdelen sneller te maken ontstond, was er een eureka-moment, zegt Bruce Koehler, senior productmanager bij Milacron's Cimcool Fluid Technology:er werd ontdekt dat water de warmte meer vermindert dan gewone olie. En rechte olie brandt en water niet.

"We zijn overgestapt van alleen het gebruik van olie naar het gebruik van water en olie of alleen water gebruiken", zegt Koehler. Tegenwoordig worden er minder MWF's gebruikt dan vroeger. "De lijst met chemicaliën die in metaalbewerkingsvloeistoffen moeten worden gebruikt, wordt steeds korter op basis van veiligheids- en gezondheidskwesties. ”

Veel fabrikanten zijn overgestapt van pompen van 10.000 gallon die 50 machines zouden kunnen bedienen naar het gebruik van putten van 50 gallon per machine in een cel van vijf machines. Ook veranderen de formuleringen en chemische verbindingen altijd op basis van zaken als de beschikbaarheid van grondstoffen en de lokale behoeften van klanten.

"Er vindt veel herformulering van de chemie plaats en kan zich onmiddellijk aanpassen vanwege regelgeving en lokale behoeften", zegt Koehler. "Vanuit het oogpunt van formulering is je chemie soms een bijproduct van een proces."

Dertig jaar geleden kregen synthetische vloeistoffen een slechte naam vanwege de agressieve resten die ze achterlieten - en de resten waren extreem plakkerig en ze zouden lak en andere onderdelen van de machine beschadigen. Niet zo veel meer, beweren de experts.

"We hebben een lange weg afgelegd, in de afgelopen 13 jaar of zo dat ik hier ben, bij het ontwikkelen van veel halfsynthetische vloeistoffen om de biostabiliteit en emulsiestabiliteit te verbeteren en de levensduur en prestaties van het carter te verbeteren", zegt Brian Halstead, applicatie-ingenieur bij Castrol Industrieel. "Voor ons is ons doel om het gebruik te verminderen, afval te verminderen en de gezondheid en veiligheid te verbeteren."

Alle ondersteunende technologieën die bij koelmiddelen worden gebruikt, zoals koelmiddelsystemen met gemiddelde en hoge druk, putten, skimmers en filtratiesystemen, hebben allemaal invloed gehad op het gebruik en het onderhoud van MWF's.

"Toen ik begon (36 jaar geleden), was de normale druk die uit een spil kwam waar de vloeistof uit een tank komt en naar de werkzone gaat, maximaal 300 psi", zegt Koehler. "Nu hebben we het over drukken waarbij het materiaal wordt bewerkt tot 1.200 psi:dat is vier keer de druk."

Advies nodig over het onderhoud en de verwijdering van koelvloeistof? Lees "4 tips om het onderhoud van machinevloeistof en de afvoer van koelvloeistof te optimaliseren."

Omdat er steeds minder chemische toevoegingen worden gebruikt, betekent dit dat de waterkwaliteit en make-up een andere belangrijke factor zijn geworden in de prestaties van koelvloeistof en de chemie ervan. "Indiana staat bekend om zijn harde water, terwijl het water van Kentucky bijvoorbeeld zacht is", zegt Koehler. Je hebt dus altijd te maken met verschillende omstandigheden die veranderen wat er in een machine gebeurt en de elementen die kunnen worden geïntroduceerd door het specifieke water dat beschikbaar is voor de locatie van een fabrikant. De formuleringen moeten veranderen afhankelijk van de watervoorziening.

Maar additieven, emulgatoren en smeermiddelen in koelvloeistof zijn nog steeds nodig. In de wereld van de automobiel-, luchtvaart- en medische onderdelenbewerking is de trend in de richting van het gebruik van sterkere materialen die lichter zijn. Legeringen en chroom bij hoge temperaturen werken sneller en verhogen de hitte bij de bewerking - en de beste manier om warmte uit de bewerking te verwijderen is met synthetische vloeistoffen die de smering bevorderen, zodat sneden gemakkelijker kunnen worden gemaakt - vooral met hardere materialen.

Vooral in de lucht- en ruimtevaart worden nog steeds oliehoudende producten gebruikt, maar deze worden verdund met 90 tot 95 procent water. De industrie evolueert van aluminium uit de 6000-serie naar titanium, wat meestal beter werkt met synthetische vloeistoffen, zegt Koehler.

"Wat ik zo leuk vind aan synthetische stoffen, is hun levensduur in de opvangbak - ze laten bacteriën niet zo goed groeien", zegt Koehler. “Ze gaan biologisch gezien lang mee. Ze schuimen niet. En ze blijven vrij, zodat een machinist de machinedeur kan sluiten en naar binnen kan kijken en de snede kan bekijken zonder visuele onderbrekingen.”

Waar gaan metaalbewerkingsvloeistoffen naartoe?

Een belangrijk element in de richting en toekomst van koelvloeistof en koelvloeistofsystemen ligt in het materiaal en de toepassing ervan. Veel van het materiaal dat in de toekomst zal worden gebruikt, is niet noodzakelijkerwijs bekend bij vloeistofmakers, net zo goed als bij fabrikanten. Maar dat weerhoudt de makers er niet van om te proberen te innoveren in de richting van een afvalvrije productlijn.

"We hebben een gebied dat we 'congruente chemie' noemen en dat voor vloeistoffen op waterbasis een tweeledig doel dient:het is ook een reiniger die de onderdelen wast en helpt bij het onderhoud van de carterpan door alle elementen in de koelvloeistof compatibel te maken", zegt Halstead.

De kicker? Het is helemaal niet nodig om olie af te romen; de verspilling is pas als je het systeem gaat veranderen. Castrol Industrial claimt een vermindering van het productgebruik met ongeveer 40 procent te zien bij sommige productlijnen van oudere vloeistoftechnologieën.

Koehler zegt dat een gebied dat Milacron Cimcool nauwlettend in de gaten houdt, nanotechnologie is, waar microscopisch kleine vaste nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om te smeren in plaats van vloeistof op waterbasis zoals het nu is. Hoewel er hier potentieel is voor belofte, is er nog niet genoeg onderzoek gedaan naar hoe het de longen van een operator kan beïnvloeden, dus het is nog steeds een afwachtende houding, geeft Koehler toe.

"We proberen ook de bevochtigingseigenschappen van koelvloeistoffen op waterbasis te verbeteren, zodat het beter van onderdelen in machines afbladdert, er minder residu achterblijft en de levensduur in het carter wordt verbeterd", zegt Halstead. "We verbeteren ook de concentratiestabiliteit, dus als je minder gebruikt, heb je de concentratie nodig om te behouden en te stabiliseren, en niet uitputten en heb je niet meer nodig om het verschil goed te maken."

Maar uiteindelijk probeert de grote vloeistofproducent maar één ding te doen:wereldwijde productstabiliteit creëren die wereldwijd kan worden gebruikt en vervolgens gelokaliseerd voor de behoeften van klanten. De uitdaging is dan om de kennis die is opgebouwd uit het testen en optimaliseren van koelvloeistoffen te gebruiken om vervolgens te werken met lokale en regionale wetten en waterkwaliteitsomstandigheden om te helpen bij het aanpassen aan die behoeften.

Om de onvermijdelijke materiaalverschuivingen het hoofd te bieden, werken de grote vloeistofspelers samen met hun klantenpartners in hun fabrieken en voeren ze ook tests uit in hun laboratoria op de huidige bewerkingscentra, onder realistische omstandigheden. Sommige werken rechtstreeks met hun klanten en prospects aan materialen waarvoor patent is aangevraagd, om nieuwe koelvloeistofformules te testen of om met nieuwe metalen materialen te werken en te experimenteren met wat werkt.

Castrol Industrial werkt bijvoorbeeld samen met General Electric in Greenville, South Carolina, waar de vloeistofmaker wordt blootgesteld aan ruimtevaartmaterialen waarvoor patent is aangevraagd. Castrol werkt ook samen met Ford Motor Company en andere autofabrikanten, zoals GM en Toyota, aan een aantal vloeiende toepassingen.

Chloor- en DCHA-verwijdering

Chloor, DCHA (of dicyclohexylamine) en boor worden door vloeistofmakers uit koelvloeistoffen verwijderd. Chloor wordt vaak gebruikt om bacteriën te doden, maar kan gevaarlijk zijn voor longen en huid. DCHA, dat een "secundair amine" is, wordt gebruikt als pH-stabilisator, maar zoals uit recentere onderzoeken is gebleken, kan gevaarlijke blootstelling eraan via de huid plaatsvinden. Dus veel secundaire amines worden geëlimineerd uit koelvloeistofformules, zeggen vloeistofmakers. Door alleen met het primaire amine te gaan, heb je minder chemicaliën in het product, dus er is minder kans op huidirritaties en andere gezondheidsproblemen.

De stap naar boorvrije koelvloeistoffen

Waarom? Omdat boor op bepaalde niveaus residu's kan opbouwen en schadelijk kan zijn voor gereedschappen door te hechten aan onderdelen, spindels, transportbanden en snijgereedschappen, wat de levensduur van het gereedschap kan verminderen, zegt Halstead. Castrol Industrial ontdekte dit door testen op CNC-machines in laboratoria met metalen snijgereedschappen en coatings. Als anticorrosieve chemische stof helpt boor, maar bij hogere concentraties kan het gevaarlijk zijn, wat in de eerste plaats op de agenda van het bedrijf staat.

Er is goed en slecht met de booreigenschappen, zegt Halstead. “Boron heeft de pH-bufferende en stabiliserende werking, en de roestbescherming, of ‘RP’, die vaak positief wordt beoordeeld.” Maar zelfs bij lage niveaus waar koelvloeistofafval steeds langer in de opvangbak blijft, zal het zich na verloop van tijd concentreren, dus sommige bedrijven willen dat het helemaal wordt geëlimineerd.

De rol van droge bewerking en additieve productie

Met de opkomst van droge bewerkingstechnieken en additieve fabricageprocessen waarbij geen koelmiddel nodig is, wordt de MWF-business geconfronteerd met potentiële concurrentie op de lange termijn, onder meer van gereedschapsmakers. Bovendien dwingen veel regelgevers fabrikanten om de minimale hoeveelheid smering te gebruiken, ook wel bekend als MQL, door milieu- en gezondheidsproblemen.

"Toenemende zorgen over de milieu-impact van smeermiddelen, in combinatie met succes in droog verspanen bij temperaturen tot 1800 graden Fahrenheit, sturen deze trend", schrijft Aaron Stone voor Fuels &Lubes Internationaal . "De opkomst van geavanceerde gereedschappen voor keramiek en diamant en kubisch boornitride heeft machinale bewerking bij hoge temperaturen mogelijk gemaakt met beperkte of nulsmering, zonder overmatige slijtage te veroorzaken."

Ongeacht de uiteindelijke richting van de industrie, zijn vloeistofmakers het over één ding eens:de concentraties van de vloeistoffen zijn bedoeld om te worden gebruikt op 5 tot 10 procent.

"Het zal hetzelfde zijn als ik met pensioen ga als toen ik begon", zegt Koehler. "Iedereen denkt altijd dat meer beter is of wil geld besparen en minder gebruiken ... Als je op 3 procent draait, heb je biologische problemen, schimmelgroei en corrosie, en als je het te rijk gebruikt, hebben we het over huidirritatie of schuim. Het is het enige consistente in deze business.”

Zijn advies? Houd het schoon en houd de concentratie waar het moet zijn en je zult een succesvolle metaalbewerkingsvloeistof hebben.

Welke metaalbewerkingsvloeistoffen gebruikt u? Waar zie je de toekomst van deze producten naartoe gaan? Deel uw mening.