정밀 가공을 위한 고급 냉각수 여과: 성능 및 수명 향상

기계 제조 공정에서 정밀 가공에는 정밀 연삭, 연마, 초정밀 가공, 연삭, 호닝, 정밀 보링 및 리밍이 포함됩니다. 이 가공 중간에는 냉각 윤활유가 사용됩니다. 사용 중 냉각수의 고유 특성을 유지하는 것이 매우 중요하며, 이는 여과에 달려 있습니다.

여과 정밀도 결정

냉각수의 여과 정밀도는 일반적으로 여과액에 남은 이물질의 입자 크기나 양으로 측정합니다. 측정 방법은 액체 탱크 바닥에 침전된 이물질을 여과지(또는 여과지로 일정량의 깨끗한 액체를 여과)에 옮긴 후 건조시켜 현미경으로 이물질 입자 크기를 관찰하는 것입니다. 가장 큰 5개 입자 크기의 평균값을 취하며, 확대 촬영하여 보관하는 것이 가장 좋습니다. 또한 PPM(parts per million) 및 MPL(mg/L)법 등 일반적으로 사용되는 간단한 방법도 있습니다. 즉, 깨끗한 액체에 남은 고체 입자의 무게와 액체 무게의 비율 또는 양쪽 간의 부피 비율입니다.

MPL 측정법은 여과된 액체 1리터를 취해 여과지로 여과하고, 여과지에 남은 이물질을 건조 후 무게(mg)를 잽니다. 이물질 무게가 50mg이면 MPL은 50이며, 백분율로도 표현할 수 있습니다.

PPM 측정법은 여과된 깨끗한 액체를 긴 직선 유리관에 넣고 침전시킨 후, 이물질 침전 높이와 액면 높이를 측정하여 두 비율을 구합니다. 이물질 높이가 0.5cm, 액면이 50cm이면 0.5/50 = 1/100(부피 기준). 즉, 액체 내 이물질 함량은 1000PPM입니다.

일반적으로 사용되는 여과 방법

1. 정밀 가공 냉각수의 특징

(1) 연삭, 호닝, 연마, 초정밀 가공의 절삭 칩은 극도로 미세한 입자로, 보통 냉각수에 부유합니다. 공작물이 주철 재료인 경우 칩이 흑연과 결합하여 냉각수가 검은 액체로 보이며, 일반적인 여과 처리로 깨끗하게 여과 및 정화할 수 있습니다.

(2) 주물 가공의 냉각수 이물질은 미세하고 균일하며 흑연을 포함합니다. 유기 오일이 섞이면 부유물이나 흑연 철분 슬러리가 생성되어 필터를 쉽게 막을 수 있습니다.

(3) 철계 금속 가공 냉각수. 이물질이 더 미세하거나 큰 스트립 형태일 수 있습니다.

(4) 비철금속 가공의 경우 이물질은 일반적으로 큰 스트립 형태이며, 더 미세한 분말과 혼합되기도 합니다.

2. 일반적으로 사용되는 여과 방법

필터 선택은 냉각 윤활유에 요구되는 이물질 입자 크기와 단위 시간당 여과 정화량에 따라 보통 결정됩니다. 다음은 몇 가지 일반적으로 사용되는 여과 방법의 특징을 설명합니다.

(1) 침전법

침전 탱크 또는 침전조를 사용할 수 있으며, 더 넓은 면적과 더 긴 침전 시간이 필요하므로 용기는 일반적으로 직사각형이며 중간에 여러 개의 침전조가 있습니다. 용기가 너무 깊으면 안 되며, 그렇지 않으면 이물질이 풀 바닥으로 가라앉도록 허용합니다. 냉각수 복귀 파이프는 용기 한 쪽 끝에 놓고 액면 중간까지 연장하며, 펌프는 다른 쪽 끝의 깨끗한 액체 탱크에 놓습니다. 침전 여과는 가장 단순하고 조잡한 여과 방법으로, 대부분의 거친 가공에 적합합니다.

(2) 자력 분리법

몇 개의 고에너지 원형 영구 자석이나 자력 롤러를 냉각수 복귀의 좁은 영역에 겨냥하여 회전시키며 유체 내 강자성 입자를 포집합니다. 일부 비자성 입자(예: 모래 입자)도 슬래그 슬러리 형태로 스크레이퍼에서 배출시킬 수 있습니다. 분리 가능한 입자 크기는 80~100미크론으로, 가공 중 강자성 슬래그가 포함된 냉각수 여과에 적합합니다.

(3) 와류 분리법

와류 형성 표면과 원뿔형 가이드 헤드가 있는 필터입니다. 사용된 냉각수를 펌프 압력으로 필터 헤드 접선 방향으로 펌핑합니다. 압력으로 인한 원심력이 와류를 생성하여 이물질 입자를 액체에서 분리시키고, 이물질이 원뿔관 벽을 따라 바닥으로 가라앉게 하며, 깨끗한 액체는 관 중앙에서 오버플로되어 깨끗한 액체 탱크로 갑니다. 약 1~3%의 액체가 이물질과 함께 관 바닥의 작은 구멍으로 배출되므로, 필터 장치를 합리적으로 배치하면 더 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 이 방식으로 여과된 슬래그 액체를 침전 후 일부 액체를 회수할 수 있으며, 동시에 더러운 액체와 깨끗한 액체 탱크를 분리하여 두 액체가 섞이지 않게 합니다.

이 필터의 여과 정밀도는 20~40미크론으로, 일반적인 정밀 가공에 적합하지만, 주철의 흑연, 알루미늄 칩, 연삭 가공에서 발생하는 긴 스트립이나 비중이 가벼운 보풀 같은 칩과 슬래그를 여과하는 데는 적합하지 않으며, 여과 효과에 영향을 주고 슬래그 배출 구멍을 막을 수 있습니다.

(4) 원심 분리법

작동 냉각수가 고속 회전 드럼으로 되돌아갑니다. 원심력이 액체 내 무거운 입자를 드럼 외벽에 부착시킵니다. 깨끗한 액체는 진신 상단에서 오버플로됩니다. 여과 정밀도는 10~20미크론. 문제는 드럼 벽의 슬래그를 청소하는 것이지만, 해외에는 자동 슬래그 배출 기계도 있습니다. 시스템 용량이 작고 여과 용량은 20~90L/min으로, 정밀 가공 냉각수의 소유량 여과에 적합합니다.

(5) 체인 플레이트 컨베이어 침전 탱크

냉각수가 작동 후 침전 탱크로 되돌아갑니다. 탱크는 몇 개의 칸막이로 여러 침전조로 나뉘지만, 침전조 바닥은 연결되어 있습니다. 체인이 체인 플레이트를 홈 바닥을 통해 구동하여 바닥면의 침전물을 칩 박스로 긁어내어 침전 박스 청소 문제를 더 잘 해결하며, 일반적인 연삭이나 가공에 적합합니다.

여과 기술의 발전

가공 기술의 지속적인 발전으로 정밀 가공 냉각수의 여과 효과에 대한 이해도 깊어지고 있습니다. 절삭 냉각수의 여과는 이물질을 제거할 뿐만 아니라, 유체에 남은 이물질이 소정의 공정 요구사항을 충족하게 해야 합니다. 또한 액면의 유막이나 부유물을 제거하고, 냉각수가 가공 구역에서 가져온 열을 발산시키며, 냉각수를 깨끗하고 투명하며 실온으로 유지해야 합니다. 따라서 냉각수의 여과 기술도 발전해 왔습니다. 예를 들어, 해외에서는 페이퍼 벨트 필터가 널리 사용됩니다.

1. 중력 페이퍼 벨트 필터

종이를 여과 매체로 사용하는 것이 특징입니다. 종이는 무기 섬유로 만들어지며, 부직포라고도 하며, 그 기공을 이용해 냉각수를 여과합니다. 폭넓은 적용성과 여과 재료의 제한이 없는 것이 특징입니다. 다른 여과 정밀도 요구사항에 따라 다른 밀도의 여과지를 선택할 수 있어 더 높은 여과 정밀도를 쉽게 달성할 수 있습니다.

이 필터는 냉각수의 방열, 칩 제거, 오일 흡수 효과가 더 좋으며, 중소 유량 냉각수 여과의 다양한 정밀 가공에 적합합니다. 유량 사양은 25, 50, 75, 100, 150, 200L/min이며, 여과 정밀도는 여과지의 밀도에 따라 달라집니다. 여과지를 선택할 때 필터 폭에 따른 부직포 사양 선택 외에도, 공정에서 요구하는 여과 정밀도에 따라 부직포 밀도(g/m²)도 선택해야 합니다.

2. 음압 페이퍼 벨트 필터

음압 페이퍼 벨트 여과의 작동 원리는 여과할 냉각수를 더러운 액체 입구를 통해 필터 박스에 주입하는 것입니다. 필터 박스 바닥은 여과 매체와 부직포 여과지로 덮여 있습니다. 스테인리스 스틸 그리드가 이를 지지하며, 체인으로 구동되는 컨베이어 스크레이퍼가 여과지 위에 놓여 여과지와 함께 이동할 수 있습니다.

이 필터는 진공 펌프 없이 자연스럽게 음압을 형성합니다. 중력 필터에 비해 여과 용량과 여과 정밀도가 향상되었습니다. 오늘날 더 진보된 여과 방법입니다.

3. 다단계 여과 시스템

냉각수의 여과 효율과 여과 정밀도를 향상시키기 위해 한 번의 여과로 두 목표를 모두 달성하기 어려운 경우가 많습니다. 냉각수 여과 시스템에서 조잡한 필터와 미세 필터를 조합하여 사용하는 경우가 많습니다. 즉, 먼저 조잡한 필터로 냉각수의 대량 슬래그를 제거한 다음, 미세 필터로 요구되는 여과 정밀도를 달성하고, 심지어 일부 보조 설비를 사용하여 냉각수의 부유물이나 유막을 제거합니다. 다단계 여과 시스템은 두세 개의 필터를 직렬로 연결하여 조잡한 여과와 미세 여과를 수행합니다. 예를 들어 와류 분리-페이퍼 벨트 여과, 체인 플레이트-침전조-페이퍼 벨트 여과, 자력 분리-페이퍼 벨트 여과-침전 박스 등이 있습니다. 이러한 필터 장치는 현재 정밀 가공 장비에 널리 사용되고 있습니다.