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친환경 제조:지속적인 환경 및 매장 이점

"그린 매뉴팩처링"은 미국 최대 산업에서 많은 사람들이 사용하는 일반적인 문구가 되었습니다. Goodwin College는 이를 "생산 공정의 갱신 및 제조 분야 내 환경 친화적인 운영의 확립"으로 정의합니다. 시간을 할애하여 오래된 프로세스를 재고하면 시간과 비용을 절약하고 최첨단 비즈니스로서의 명성을 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다. 친환경 가공공정의 확립은 친환경 비즈니스를 위한 올바른 방향으로의 큰 도약입니다.

친환경 제조는 업계를 위한 논리적인 다음 단계입니다.

녹색 제조를 시작하는 방법

보다 지속 가능한 기계 공장 및 친환경 제조를 향한 행진에서 취해야 하는 첫 번째 단계는 시설 환경 영향을 평가하는 것입니다. 제조 공정의 환경 영향 평가를 위한 가장 일반적인 방법은 전과정 평가(LCA)입니다. ISO 14040은 LCA를 입력, 출력 및 제품 시스템의 수명 주기 전반에 걸친 잠재적인 환경 영향에 대한 편집 및 평가로 정의합니다.

자신에게 물어봐야 할 4가지 질문:

  1. 목표 정의 및 범위 – 이 조사에서 내가 달성하고자 하는 것은 무엇입니까?
  2. 재고 분석 – 정량화된 투입량(에너지, 물, 재료 등)과 산출량(대기 배출, 폐수)은 무엇입니까?
  3. 영향 평가 – 이러한 것들이 환경에 어떤 영향을 미치나요?
  4. 해석 – 프로세스를 보다 효율적이고 친환경적으로 만들기 위해 무엇을 변경할 수 있습니까?

인벤토리 분석에 도움이 되는 데이터베이스가 있습니다. 이 데이터베이스는 이송 속도, 절삭 속도, 공구 직경, 절삭 시간, 절삭유 속성과 같은 정보를 수집한 다음 모든 재료, 에너지 입력 및 출력을 계산합니다.

절단액의 영향 이해

절삭유는 기계 공장의 가장 큰 오염 물질일 가능성이 높으며 친환경 제조를 달성하는 데 방해가 됩니다. Modern Manufacturing Processes에 따르면 북미 제조업체는 2002년에 20억 갤런 이상을 소비했으며 금속 가공 유체 시장은 그 이후로 성장했습니다. 절삭유는 절삭 영역 냉각, 윤활 및 칩 배출을 포함하여 가공 공정에 많은 이점을 제공합니다.

오염 물질

냉각수를 최대한 활용하는 것은 모든 기계 공장에서 비용 효율성의 핵심 요소입니다. 따라서 현재 직면하고 있거나 직면하고 있는 가장 큰 문제 중 하나는 오염 물질로 인한 절삭유 성능 저하입니다. 가장 일반적인 유형의 오염 물질은 다음과 같습니다.

  1. 자유 오일(트램프 오일 또는 섬프 오일) – 절삭유에 스며드는 CNC 기계의 기어 및 장비를 윤활하는 액체
  2. 거친 입자 – 비교적 큰 고형 폐기물, 칩 및 부스러기
  3. 미세 입자 – 일반적으로 코발트, 카드뮴, 크롬, 알루미늄 및 납과 같은 중금속으로 구성된 공작물 또는 절삭 공구의 극히 작은 조각
  4. 미생물 – CNC 기계의 벽과 파이프 내부에서 자라는 박테리아 및 곰팡이

칩 및 부스러기와 같은 거친 입자는 일반적으로 H-체인, 체인 및 플라이트, 푸시 바 또는 수로 시스템을 사용하여 쉽게 추출됩니다. 미세 입자는 설정 탱크, 거품 분리기, 원심 분리 또는 자기 분리기의 형태로 분리 또는 여과가 필요하기 때문에 더 어렵습니다. 자유 오일은 여과를 통해 제거할 수도 있지만 스키머로 빠르고 쉽게 관리할 수도 있습니다.

올바른 여과 시스템은 기계 공장의 비용을 절감하고 환경을 보호할 수 있습니다.

미생물은 미세 입자 크기의 10분의 1에 불과하기 때문에 제거하기 가장 어렵습니다. "월요일 아침 악취"는 대사 과정에서 황화수소를 배출하는 혐기성 박테리아의 일반적인 부작용입니다. 이러한 유기체는 냉각수를 배출하고 몇 달에 한 번씩 기계에서 교체해야 하는 주요 이유 중 하나입니다. 지난 수십 년간 기술의 발전으로 멤브레인 정밀여과 시스템이 냉각수 유체에서 바이오매스와 오일을 분리할 수 있게 되었습니다. 이러한 유형의 시스템을 사용하면 환경과 직원 모두에게 문제가 되는 살생물제를 사용하기 때문에 운영자는 더 이상 문제가 되는 살생물제를 사용할 필요가 없습니다. 그러나 대부분의 미생물은 절삭유에서 자라는 것이 아니라 기계의 벽/파이프에서 자라거나 탱크 바닥에 있는 칩 잔류물에 묻혀 있다는 점에 유의해야 합니다.

매장에서 미생물 축적을 줄이는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다.

박테리아가 번식하고 기계에서 악취가 나는 더러운 칩 더미입니다.

절단액의 종류

좋은 절삭유는 높은 인화점, 양호한 접착성, 높은 열안정성 및 높은 산화안정성을 가져야 합니다. 유체는 고온에서 발화하지 않아야 하므로 높은 인화점이 필요합니다(가솔린은 인화점이 낮음). 접착력이 좋아 유체가 공작물 표면에 달라붙습니다. 이렇게 하면 절삭 공구와 공작물 사이에 층이 생성되어 이를 분리하여 마찰을 줄일 수 있습니다. 마찰이 많을수록 절삭력이 높아져 절삭 온도가 높아집니다.

절삭 온도가 높으면 절삭 공구가 더 빨리 마모되고 공작물이 경화될 수 있기 때문에 문제가 됩니다. 높은 열 안정성은 고온에서 유체의 점도가 낮아야 함을 의미합니다(점도가 높은 유체의 예로는 실온에서 꿀이 있음). 절단 영역의 점도가 낮으면 마찰이 적어져 열과 절단력이 감소합니다. 절삭유의 산화 안정성은 궁극적으로 절삭유를 사용할 수 있는 기간을 결정합니다. 일정 시간이 지나면 오일이 산화되기 시작하여 점도와 슬러지 침전물이 증가합니다.

과도한 양의 냉각수는 과도한 양의 낭비를 의미할 수 있습니다.

이 기사의 목적에 따라 절삭유는 생분해성 및 비생분해성의 두 가지 범주로 분류됩니다.

비생분해성 냉각수

비생분해성 냉각제는 석유 기반입니다. 그들은 높은 인간 및 생태학적 독성을 가지고 있어 직업 건강 위험을 초래합니다. 또한 복잡한 폐기 절차가 있습니다.

생분해성 냉각제

생분해성 냉각제는 식물 기반입니다. 이들은 일반적으로 콩, 코코넛, 캐놀라와 같은 야채나 님, 카란자, 자트로파와 같은 먹을 수 없는 식물로 제조됩니다. 이 요소는 그것들을 재생 가능한 자원으로 만들고 인간과 환경에 덜 유독합니다.

최근 몇 년 동안 일부 개질된 식물성 오일은 표면 마감, 열 억제 및 윤활과 관련하여 성능이 석유 기반 오일을 능가했습니다. Science Direct에 발표된 304 스테인리스강 선삭 가공을 중심으로 한 한 연구에 따르면 붕산 첨가제가 포함된 코코넛 오일이 다른 두 절삭유와 비교할 때 공구 측면 마모 및 표면 거칠기를 방지하는 데 훨씬 더 우수한 것으로 나타났습니다. 이는 식물성 솔루션의 높은 열 안정성 때문이었습니다.

IOP Science에 발표된 또 다른 연구에 따르면 님과 카란자 오일의 조합은 연강 드릴링 시 윤활 면에서 SAE 20W40(석유 기반 오일)보다 우수합니다. 그 결과 식물성 기름 용액은 점도와 접착력이 높아 작업의 절삭력을 감소시키는 것으로 나타났다. 이것은 궁극적으로 부품의 더 나은 표면 조도를 가져왔습니다.

비용 효율적인 냉각수 변경 요약

건식 가공의 긍정적인 친환경 가공 효과

절삭유 획득, 관리 및 폐기와 관련된 비용 및 환경 문제가 제거되므로 기회가 있을 때마다 건식 가공을 사용해야 합니다. 건식 가공의 또 다른 이점은 열 충격이 없다는 것입니다. 절단기가 절단을 종료했지만 냉각수가 계속 분사되는 경우 큰 온도 변동(열 충격)으로 인해 절단 날이 풀타임으로 뜨거워질 때보다 더 빨리 절단됩니다. 건식 가공은 단속 절삭이 있는 가공 작업이나 경화강을 절삭할 때 가장 널리 사용됩니다. 특히 고속 및 이송이 필요한 밀링 작업에서 널리 사용됩니다. 높은 실행 매개변수로 절단하면 대부분의 열이 가공물이 아닌 칩으로 분산됩니다. 이는 경화강을 가공할 때도 마찬가지입니다.

건식 가공에 이상적인 툴링

이상적인 절삭 공구는 내열성이 더 높고 발열이 적어야 합니다. 탄화물은 매우 단단하고 강하기 때문에 좋은 기질입니다. 코팅된 공구는 향상된 열 절연성과 향상된 자체 윤활성을 가지고 있어 건식 가공에 가장 적합한 옵션입니다.

최소 윤활유(MQL)의 긍정적인 영향

MQL은 이러한 소량의 유체를 사용하기 때문에 약간 더 비싼 식물성 오일을 사용하는 데 적합합니다. MQL은 톱질 및 드릴링 작업에서 가장 효과적인 것으로 밝혀졌습니다.

녹색 제조의 이점

환경 주의적 관점을 통해 현재 가공 작업을 다시 한 번 살펴보면 시간과 비용을 절약하고 직원을 위한 덜 위험한 작업장을 만들 수 있습니다. 위의 기술을 사용하여 상점 효율성을 대략적으로 추정하고 현재 및 미래 세대의 이익을 위해 적절하게 변경할 수 있습니다.

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