Membentuk Masa Depan: Inovasi Cairan, Pelumas, dan Pendingin Pemesinan Logam

Apa yang akan dibawa masa depan untuk pendingin, pelumas dan cairan pemesinan logam? Kami berbicara dengan para veteran industri untuk lebih memahami evolusi lanskap pendingin saat ini dan inovasi masa depan.

Apa yang baru dan berikutnya untuk cairan pemesinan logam? Ini tergantung pada beberapa kondisi esensial: Material apa yang sedang dipotong? Apa saja regulasi dan kebutuhan lokal yang mengatur MWF saat digunakan? Dan, inovasi apa dalam tooling dan manufaktur secara keseluruhan yang akan membesar dan mungkin mengubah sifat pendingin itu sendiri?

Dari perspektif pasar, pasar cairan pemesinan logam diperkirakan tumbuh secara global mencapai 15 miliar dolar pada 2025, menurut Global Market Insights, sebuah perusahaan riset dan konsultasi. Pada 2016, Markets and Markets Research memperkirakan pasar MWF akan mencapai 9,74 miliar dolar pada 2020 dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan 3,2 persen.

Untuk banyak logam yang dipotong, seperti baja dan besi, pelumasan—dengan air atau minyak (atau keduanya)—memainkan peran dalam menghilangkan sisa chip, dan aditif membantu mencegah logam merubah bentuk dan menghindar karat—dan cairan ini membantu menurunkan suhu permukaan dan mempertahankan umur alat. Namun, khawatir kesehatan dan keamanan timbul setiap kali MWF digunakan, jadi pembuat cairan selalu menyesuaikan dan menyesuaikan ulang formulasi dan komposisi kimia mereka untuk membantu memaksimalkan performa dan meminimalkan limbah. Pelanggan ingin dapat mendaur ulang pendingin untuk mengurangi biaya—dan mereka juga ingin pendingin yang sudah digunakan tinggal dalam sump selama mungkin tanpa menyebabkan masalah kesehatan.

Itu bukan tugas yang mudah. Masalah kesehatan terbesar di seluruh bidang adalah iritasi kulit—sesuatu yang semua pembuat berusaha untuk menghindari, tetapi sistem yang tepat, seperti kolektor kabut, dan perlengkapan pelindung, seperti sarung tangan, pelindung mata dan masker wajah, juga harus digunakan, menurut pembuat cairan.

Inovasi terjadi dengan menyeimbangkan kebutuhan performa pembuatan bagian dengan hasil kesehatan yang diinginkan. Semakin mudah untuk memenuhi kebutuhan ini, tetapi telah menjadi jalan yang panjang untuk sampai ke sana. Ada gerakan terhadap pelumasan kuantitas minimum—yang artinya: Gunakan jumlah pelumasan yang paling sedikit dengan jumlah kimia, aditif dan emulgator yang paling sedikit. Khawatir dan kegelisahan tentang masalah kesehatan berbasis kimia lainnya membuat banyak regulator dan seluruh wilayah sering melarang penggunaan kimia tertentu secara total.

Di horizon, ada bisikan jauh, tahun-tahun mendatang tentang cairan mungkin menjadi usang. Masih ada jalan yang panjang sebelum itu terjadi, tetapi cukup bagi perusahaan yang diwawancarai untuk menyadari kemungkinannya—seperti juga analis riset yang memantau pasar.

Apakah bahaya yang terkait dengan MWF berbahaya seperti yang diyakini beberapa regulator? Pembuat cairan yang diwawancarai sangat bersempati dengan khawatir kesehatan dan keamanan tetapi setuju bahwa mereka berlebihan dalam mengatasi mereka.

Cairan Pemesinan Logam, Pendingin dan Pelumas Mesin: Di Mana Kami Pernah, Di Mana Kami Sekarang

Seiring teknologi membantu mempercepat pemesinan dan tekanan untuk membuat bagian lebih cepat melanda, ada momen eureka, kata Bruce Koehler, manajer produk senior di Milacron’s Cimcool Fluid Technology: Didapatkan bahwa air mengurangi panas lebih banyak daripada minyak murni. Dan minyak murni membakar dan air tidak.

“Kami telah beralih dari hanya menggunakan minyak menjadi menggunakan air dan minyak atau hanya menggunakan air itu sendiri,” kata Koehler. Saat ini, lebih sedikit MWF digunakan daripada dulu. “Daftar kimia untuk digunakan dalam cairan pemesinan logam semakin pendek berdasarkan masalah keselamatan dan kesehatan. ”

Banyak produsen telah beralih dari memiliki sistem sump 10.000 galon yang melayani 50 mesin menjadi menggunakan sump 50 galon per mesin dalam sel lima mesin. Juga, formulasi dan senyawa kimia selalu berubah berdasarkan masalah seperti ketersediaan bahan baku dan kebutuhan lokal pelanggan.

“Ada banyak reformulasi kimia yang terjadi dan dapat menyesuaikan secara langsung karena regulasi dan kebutuhan lokal,” kata Koehler. “Dari segi formulasi, terkadang kimia Anda adalah hasil samping dari sebuah proses.”

Tiga puluh tahun yang lalu, cairan sintetis mendapat nama buruk karena residu agresif yang mereka tinggalkan—dan residu tersebut sangat lengket, dan dapat merusak cat serta bagian lain pada mesin. Tidak seberapa lagi, menurut para ahli.

“Kami telah melangkah jauh, dalam sekitar 13 tahun terakhir yang saya habiskan di sini, dalam mengembangkan banyak cairan semisintetis untuk meningkatkan biostabilitas, stabilitas emulsi, dan meningkatkan umur sump serta performa,” kata Brian Halstead, insinyur aplikasi di Castrol Industrial. “Untuk kami, tujuan kami adalah mengurangi penggunaan, mengurangi limbah dan meningkatkan kesehatan dan keselamatan.”

Semua teknologi pendukung yang digunakan dengan pendingin—seperti sistem pendingin tekanan sedang dan tinggi, sump, skimmer dan sistem filter—semua telah mempengaruhi penggunaan dan pemeliharaan MWF.

“Saat saya memulai (36 tahun yang lalu), tekanan normal yang keluar dari spindle di mana cairan keluar dari tanki dan pergi ke zona kerja adalah pada maksimum, 300 psi,” kata Koehler. “Sekarang kita membicara tentang tekanan di mana material dikerjakan hingga 1.200 psi: Itu empat kali tekanan.”

Butuh panduan tentang pemeliharaan dan pembuangan pendingin? Baca “4 Tips to Optimize Machine Fluid Maintenance and Coolant Disposal.”

Semakin sedikit aditif kimia yang digunakan, berarti kualitas air dan komposisi telah menjadi faktor kunci lainnya dalam bagaimana pendingin berperforma dan kimianya. “Indiana dikenal dengan airnya yang keras, sementara air Kentucky lunak, misalnya,” kata Koehler. Jadi Anda selalu menangani berbagai kondisi yang mengubah apa yang terjadi dalam mesin dan elemen yang mungkin diperkenalkan oleh air spesifik yang tersedia di lokasi produsen. Formulasi harus berubah sesuai dengan persediaan air.

Tetapi aditif, emulgator dan kualitas pelumas dalam pendingin masih diperlukan. Di dunia pemesinan bagian otomotif, penerbangan dan medis, tren adalah menggunakan material yang lebih kuat yang lebih ringan beratnya. Alloy suhu tinggi dan kromo berjalan lebih cepat dan meningkatkan panas dalam operasi pemesinan—dan cara terbaik untuk menghilangkan panas dari operasi adalah dengan cairan sintetis yang membantu pelumasan sehingga pemotongan dapat dilakukan lebih mudah—terutama dengan material yang lebih keras.

Di penerbangan, khususnya, produk yang mengandung minyak masih digunakan, tetapi mereka dicampur dengan 90 hingga 95 persen air. Industri beralih dari aluminium seri 6000 ke titanium—yang cenderung bekerja lebih baik dengan cairan sintetis, kata Koehler.

“Yang saya sukai dari sintetik adalah umur sump mereka—mereka tidak tumbuh bakteri dengan baik,” kata Koehler. “Mereka bertahan lama dari segi biologis. Mereka tidak berbusa. Dan mereka tetap jernih, sehingga operator mesin dapat menutup pintu mesin dan melihat ke dalam dan melihat pemotongan tanpa gangguan visual.”

Ke Mana Arah Cairan Pemesinan Logam?

Elemen penting dalam arah dan masa depan pendingin dan sistem pendingin terletak pada material dan aplikasinya. Sebagian besar material yang akan digunakan di masa depan tidak tentu dikenal oleh pembuat cairan—seperti yang diketahui oleh produsen. Tetapi itu tidak menghentikan pembuat untuk mencoba berinovasi terhadap garis produk bebas limbah.

“Kami memiliki area yang kami sebut ‘kimia kongruen’ yang untuk cairan berbasis air melayani tujuan ganda yang juga merupakan pembersih yang mencuci bagian dan membantu pemeliharaan sump dengan membuat semua elemen dalam pendingin kompatibel,” kata Halstead.

Intinya? Tidak perlu mencoret minyak sama sekali; limbah hanya saat Anda akan mengubah sistem. Castrol Industrial klaim melihat sekitar 40 persen pengurangan penggunaan produk dengan beberapa garis produk dari teknologi cairan lama.

Koehler mengatakan area yang Milacron Cimcool pantau dengan baik adalah nanoteknologi, di mana nanopartikel padat mikroskopik dapat digunakan untuk melumasi sebagai ganti cairan berbasis air seperti saat ini. Sementara ada potensi janji di sini, belum ada cukup penelitian tentang bagaimana hal itu mungkin mempengaruhi paru-paru operator—jadi masih pendekatan tunggu dan lihat, menanggung Koehler.

“Kami juga mencoba meningkatkan properti basah dalam pendingin berbasis air, sehingga cairan meluncur dari bagian di mesin lebih baik, meninggalkan lebih sedikit residu dan meningkatkan umur di sump,” kata Halstead. “Kami juga meningkatkan stabilitas konsentrasi, jadi jika Anda menggunakan lebih sedikit, Anda akan membutuhkan konsentrasi untuk mempertahankan dan mengstabilkan, dan tidak menurun dan tidak membutuhkan lebih untuk menutupi selisih.”

Tetapi pada akhirnya, pembuat cairan besar hanya mencoba melakukan satu hal: Menciptakan stabilitas produk global yang dapat digunakan di seluruh dunia, kemudian dilokalkan untuk kebutuhan pelanggan. Tantangannya kemudian adalah mengambil pengetahuan yang dibangun dari pengujian dan optimasi pendingin untuk kemudian bekerja dengan hukum lokal dan regional serta kondisi kualitas air untuk membantu menyesuaikan dengan kebutuhan tersebut.

Untuk tetap di atas perpindahan material yang tak terhindarkan, pemain cairan besar bekerja dengan mitra pelanggan mereka di pabrik mereka dan juga melakukan pengujian di laboratorium mereka pada pusat pemesinan saat ini dalam kondisi nyata seakurat mungkin. Beberapa bekerja langsung dengan pelanggan dan prospek mereka pada material yang sedang menunggu paten—untuk menguji formulasi pendingin baru atau untuk bekerja dengan material logam baru dan bereksperimen dengan apa yang berhasil.

Castrol Industrial, misalnya, bekerja dengan General Electric di Greenville, South Carolina, di mana pembuat cairan terpapar material penerbangan yang sedang dikembangkan dan menunggu paten. Castrol juga bekerja dengan Ford Motor Company—dan pembuat mobil lain, seperti GM dan Toyota, pada sejumlah aplikasi cairan.

Penghilangan Klorin dan DCHA

Klorin, DCHA (atau diksikloheksilamina) dan bor sedang dihilangkan dari pendingin oleh pembuat cairan. Klorin sering digunakan untuk membunuh bakteri tetapi dapat berbahaya untuk paru-paru dan kulit. DCHA, yang merupakan “amina sekunder,” digunakan sebagai stabilisator pH, tetapi seperti yang ditemukan oleh studi yang lebih baru, paparan berbahaya padanya dapat terjadi melalui kulit. Jadi, banyak amina sekunder sedang dihilangkan dari formulasi pendingin, kata pembuat cairan. Dengan hanya menggunakan amina primer, Anda memiliki lebih sedikit kimia dalam produk, jadi ada lebih sedikit kemungkinan menyebabkan iritasi kulit dan masalah kesehatan lainnya.

Gerakan Menuju Pendingin Bebas Bor

Mengapa? Karena bor pada tingkat tertentu dapat menumpuk residu dan berdampak buruk pada alat dengan menempel pada bagian, spindle, conveyor dan alat potong, yang dapat mengurangi performa umur alat, kata Halstead. Castrol Industrial menemukan hal ini melalui pengujian pada mesin CNC di laboratorium dengan alat potong logam dan lapisan. Sebagai kimia anti-korosi, bor membantu, tetapi pada tingkat konsentrasi yang lebih tinggi, ia dapat berbahaya, yang pertama dan utama di agenda perusahaan.

Ada baik dan buruk dengan properti bor, kata Halstead. “Bor memiliki efek pengendapan pH dan stabilisasi, dan perlindungan karat, atau ‘RP,’ yang sering dilihat positif.” Tapi bahkan pada tingkat rendah di mana limbah pendingin tinggal di sump lebih dan lebih lama, ia akan berkonsentrasi seiring waktu, jadi beberapa perusahaan ingin ia dihilangkan sepenuhnya.

Peran Pemesinan Kering dan Manufaktur Aditif

Dengan munculnya teknik pemesinan kering dan proses manufaktur aditif yang tidak perlu menggunakan pendingin, bisnis MWF menghadapi persaingan jangka panjang potensial—termasuk dari pembuat alat. Selain itu, khawatir lingkungan dan kesehatan membuat banyak regulator memaksa produsen beralih ke penggunaan kuantitas pelumasan minimum, juga dikenal sebagai MQL.

“Kes khawatir yang meningkat atas dampak lingkungan pelumas, bersama dengan keberhasilan pemesinan kering pada suhu hingga 1.800 derajat Fahrenheit, mendorong tren ini,” tulis Aaron Stone untuk Fuels & Lubes International. “Munculnya alat keramik canggih dan berlian, serta nitrida bor kubik, telah memungkinkan pemesinan suhu tinggi dengan pelumasan terbatas atau nol, tanpa menghasilkan aus yang berlebihan.”

Terlepas dari arah akhir industri, pembuat cairan setuju pada satu hal: Konsentrasi cairan dimaksudkan untuk digunakan pada 5 hingga 10 persen.

“Itu akan sama saat saya pensiun seperti saat saya memulai,” kata Koehler. “Selalu orang pikir lebih banyak lebih baik atau ingin hemat uang dan menggunakan lebih sedikit … Jika Anda menjalankan pada 3 persen, Anda akan memiliki masalah biologis, pertumbuhan jamur dan korosi, dan jika Anda menggunakannya terlalu kental, kita bicara tentang iritasi kulit atau busa. Itu satu hal yang konsisten dalam bisnis ini.”

Nasihatnya? Jaga kebersihan dan jaga konsentrasi di tempat yang diperlukan dan Anda akan memiliki operasi cairan pemesinan logam yang berhasil.

Cairan pemesinan logam apa yang Anda gunakan? Di mana Anda melihat masa depan produk ini? Bagikan pikiran Anda.