Для того чтобы непосредственно подойти к тому, как увеличить производительность, давайте рассмотрим охлаждающие агенты, которые и позволяют увеличить ее производительность.

На данный момент во всем мире используются охлаждающие жидкости в стеклообрабатывающей промышленности при производстве автомобильного, мебельного и архитектурного стекла (процесс шлифования и сверлении стекла и зеркал).

Данная статья описывает возможность улучшения процесса шлифовки в зависимости от выбора соответствующей, жидкости для охлаждения и оптимальной ее концентрации. В статье также рассмотрено влияние охлаждающей жидкости на алмазный слой инструмента и шероховатость поверхности стекла. В этом исследовательском проекте вместе с «Fraunhofer Institut fur Produktionstechnologie IPT, Aachen» мы продемонстрируем, что при использовании стандартных алмазных кругов при обработке флоат-стекла можно увеличить скорость обработки до 0,6 мм/мин с использованием охлаждающей жидкости Acecool 6261. Примем во внимание, что скорость обработки при использовании только воды составила 0,2 мм/мин.

1. Введение

Использование только воды в процессе обработки стекла, на сегодняшний день не достаточно для хорошего качества продукции и высокой производительности. Использование только воды без добавок, приводит к следующим проблемам:

• снижение качества фацета;

• высокий износ покрытия алмазного инструмента;

• коррозия оборудования для обработки стекла;

• снижение баланса кислоты и щелочи шлифовальной жидкости;

• осаждение стекольной пыли и превращение в цементнообразную массу.

В поиске решения данных проблем, следует брать во внимание хрупкость стекла и отличительные особенности процесса шлифовки стекла от шлифовки метала, поэтому нужно использовать охлаждающую жидкость для облегчения процесса обработки стекла.

Охладитель является основным промежуточным связывающим звеном в трибологической системе: стекло – охладитель – алмазный инструмент. Эта статья обращает внимание и подчеркивает значение охлаждающих жидкостей в предохранении алмазного инструмента. Влияние современных охладителей на коррозию оборудования и уровень кислотно-щелочного баланса обсудим позже.

2. Экспериментальные методы

Тесты для получения результатов влияния охлаждающих жидкостей на операцию шлифования были проведены на станке Bavelloni TB65 (станок для нанесения фацета), используя синтетический (не масляный) охладитель AC 6284. Фацет шириной 40 мм на стекле толщиной 6 мм при скорости подачи 1м/мин

Потребление тока первым шлифовальным кругом было 4,9A (рис.1), при этом в качестве охлаждающего агента использовалась только вода. С добавлением охладителя потребление тока снизилось до 3,8 A при 5% концентрации охладителя. Это доказывает, что скорость подачи может увеличиться до 30 - 50%. Альтернатива в том, что 50мм фацет можно сделать при такой же скорости подачи.

Другой тест проводился в ACW лабораториях в Аахене на сверлильных станках, с использованием сверла 35мм при постоянном давлении и количестве оборотов сверла с синтетической жидкостью AC 5679 (рис.2). Первое отверстие в стекле толщиной 8 мм было высверлено за 40 секунд. При использовании только воды как охладителя время сверления 5 отверстий составило 900 секунд, при этом сверло нужно было подправить шлифовальным камнем. При концентрации 5% охладителя, сверло работало дольше в три раза. При концентрации жидкости 10% затраченное время снизилось до 100 секунд, а срок службы увеличивается в 10 раз.

2.2 Тесты проводимые „Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen“

Скорость подачи

Рис.3 показывает результат, полученный при использовании воды с охладителем Acecool 6261 с концентрацией 3%. При скорости подачи 0,2 мм/мин усилие на стекло превышало значение 250Н при использовании только воды. 250Н - крайнее значение силы в трибологической системе. Большее усилие вызывает горение инструмента. При добавлении охладителя Acecool 6261 концентрацией 3% усилие уменьшается. При скорости 0,3 мм/мин критическое усилие было достигнуто при шлифовке 22 стеклянных заготовок. Тест был проведен повторно при использовании охладителя Acecool 6261 с конценрацией 6%. Значение усилия на стекло было снижено. Значение скорости подачи было увеличено, но критическое усилие так и не было достигнуто. Горение инструмента не наблюдалось.

Шероховатость

Окончательная шероховатость поверхности была измерена с помощью S6P of MAHR/PERTHEN на пробе RHT 3-250.

Возрастание скорости подачи Vf не влияет на шероховатость поверхности очевидно: при 6 % охладителе AC 6261 шероховатость для любой скорости подачи оставалась неизменной от 1.8 до 2.02 нм.

Износ алмазного инструмента

Износ инструмента G определяется как доля объема стекла относительно доли износа инструмента. Измерение производилось путем замера веса кусков стекла до обработки и после нее и замера инструмента с использованием HEIDENHAIN probe MT 101 K.

Как наблюдалось, G уменьшается при росте концентрации охладителя (см. рис. 7). При той же концентрации увеличивалась и скорость подачи Vf, которая не повлияла на шероховатость G.

Сканирующий электронный микроскоп (SEM)

Фотографии поверхности инструмента были сделаны с помощью ZEISS DMS 962. Рис 2 показывает достаточно видимую разницу между использованием 3 и 6 % концентрацией охладителя: после обработки 10 кусков стекла при скорости подачи 0,3 мм/мин, алмазное покрытие оставалось острым при 6 % охладителе, а при 3 % - затупился.

3. Обсуждение

Процесс обработки стекла улучшается при использовании оптимальной системы охлаждения. Сравнивая использование только воды как охлаждающего агента и воды с добавлением охладителя при нормальных условиях, скорость подачи может возрасти от 0.2 мм/мин до 0.6 мм/мин. Как показывают микро снимки – это не только химический, но и физико-химический эффект охлаждения. Этот результат может изменяться в будущем, но сегодняшние результаты очевидны: поверхность инструмента сохранена рабочей, с острыми кромками алмаза, которые предотвращают уменьшение шлифовальной способности и увеличивают срок службы инструмента. Без использования охлаждения периодически придется править инструмент, для того чтобы высвободить наружу алмазные острые кромки и убрать стеклянные частички с поверхности круга, которые вплавляются в поверхность инструмента. Процесс правки инструмента дорогостоящий, так как уменьшается срок службы круга и уменьшается производительность, за счет простоя оборудования. С другой стороны уменьшение стоимости связано с увеличением скорости подачи инструмента пропорционально концентрации охладителя. Высокая производительность сопровождается незначительной шероховатостью поверхности стекла. Эффект охладителя отражается на покрытии инструмента при высокой концентрации охладителя. На первый взгляд это может показаться все наоборот, не уменьшение затрат а увеличение. Но основной ущерб инструменту дает процесс правки инструмента. При использовании охладителя поверхность правится самостоятельно, и поверхность круга остается постоянно рабочей с рабочими острыми кромками алмаза при этом увеличивается срок службы алмаза.

4. Выводы

Процесс шлифования и нанесения фацета на стекло зависит от трех элементов: стекла, инструмента и охлаждающего агента. Важная роль охладителя продемонстрирована: продуктивность может быть повышена без снижения качества работы. Экспериментальные данные показывают, что охладитель предотвращает износ поверхности инструмента. Это дает больший срок использования инструмента с уменьшением количества раз правки поверхности.

Для эффективного использования охлаждающих агентов необходимо неоднократно их использовать. Как известно во время обработки образуется шлам, который нужно со временем вычищать, при этом сливается вода и охлаждающий агент. Нецелесообразность выкидывания охлаждающего агента можно предотвратить с помощью установки системы, которая бы отделяла стекольную пыль от охлаждающего агента.

В процессе обработки кромки стекла алмазным инструментом частицы стекла переходят в охлаждающий раствор. С течением времени их концентрация увеличивается и затрудняет процесс шлифования. По этой причине шлифовальный раствор необходимо менять через сравнительно короткое время. Так как приобретение новой порции охлаждающего концентрата приводит к дополнительным затратам времени и средств, были изобретены химические продукты, позволяющие увеличить технологический цикл использования охлаждающего раствора. Считается, что наилучшим решением проблемы является использование подходящих хлопьеобразующих продуктов для осаждения стекольной пыли. АХЗ предлагают ряд специальных продуктов, которые используются в стандартных установках для отделения стекольной пыли.

Гарантируется, что использование специальных продуктов для хлопьеобразования стекольной пыли не оказывает негативного влияния на охлаждающие концентраты.

Характеристики частиц стекольной пыли

В отличие от осадка, получающегося в результате процесса обработки металлов, осадок, образующийся при шлифовании стекла, безусловно, тоньше. Если при обработке металлов частицы редко бывают меньше 50 мкм, то в процессе обработки стекла средний размер частиц составляет 5-10 мкм с большим количеством частиц менее 5 мкм. Известно, что процессы разделения осложняются такой мелкостью частиц.

Также нужно заметить, что поверхность частицы стекла очень реакционноспособна. При осаждении пыли происходит ее уплотнение, она слипается и становится подобной бетону. Кроме того, частицы стекла прилипают к другим поверхностям (например, к частям оборудования, трубопроводам, и т.д.).

Выделение частиц стекла из шлифовальных растворов

Для выделения частиц стекла из шлифовальных растворов существует несколько методов:

1. Осаждение (напр., с помощью отстойника)

2. Фильтрация (напр., фильтрационные бай-пасс системы, камерные пресс-фильтры, фильтрация с помощью кросс-потоков)

3. Гравитация (напр., гидроциклоны, центрифуги)

4. Хлопьеобразование

Преимущества и недостатки технологий:

1. Технология осаждения применяется в стекольной промышленности уже в течение длительного времени в силу ее выгодности. Обычно применяется отстойник или каскад отстойных резервуаров. Так как осаждение стекла происходит очень медленно, эффективность таких установок довольно низка, и нельзя гарантировать того, что концентрация стекольной пыли не превысит допустимых пределов.

2. Удаление частиц стекла из баков-отстойников весьма затруднено, так как образующийся осадок можно удалить только механическим путем.

3. Технология фильтрации обычно имеет хорошие затратные характеристики. Однако, следует иметь в виду, что применяя эти технологии в стекольной промышленности, необходимо использовать очистные системы большого масштаба с соответствующей фильтрационной системой, обеспечивающие приемлемую эффективность, что необходимо, принимая во внимание малый размер частиц стекла. Так как частицы слипаются друг с другом и оседают на фильтре, последний быстро набирает плотность и теряет свою эффективность. Из-за больших инвестиционных затрат технология фильтрации используется в стекольной промышленности только в особых случаях.

4. Гравитационные методы давно используются в стекольной промышленности. Из-за сильно ограниченной эффективности гидроциклоны сегодня практически вытеснены центрифугами. Несмотря на то, что они имеют хорошие затратные характеристики, основной их проблемой является незакономерная степень эффективности. Кроме того, довольно высоки инвестиционные затраты, затраты на энергию и обслуживание Технология хлопьеобразования используется в стекольной промышленности на протяжении приблизительно 20-ти лет. Ее большое преимущество - в высокой степени разделения, которая позволяет при правильном применении получить чистый шлифовальный раствор. Затраты на покупку хлопьеобразующей системы, также как и на покупку комплектующих (хлопьеобразователей, текстильной фильтрующей ленты) не являются преимуществом данной технологии. Однако, благодаря хорошему соотношению цена/качество, технология удаления частиц стекла из шлифовальных растворов методом хлопьеобразования стала наиболее распространенной.

Как происходит хлопьеобразование?

По технологии хлопьеобразования продукт, образующий хлопья, приливается в шлифовальный раствор. Мелкие частицы стекла облепляют хлопьеобразователь и превращаются в очень крупную частицу. Эти частицы называются «хлопьями».

По сравнению с частицами стекла, эти хлопья имеют больший вес и быстро оседают. Их можно легко отделить и высушить. Также очень важно, что с этого момента частицы стекла не проявляют реакционной способности и не загрязняют оборудование.

Типы хлопьеобразующих продуктов

Сегодня в стекольной промышленности применяется 3 основных типа хлопьеобразователей (см. таблицу):

1. Продукты в виде порошка, добавляемые в шлифовальный раствор также в виде порошка. Эти продукты использовались в стекольной промышленности в самом начале. Их большое преимущество в универсальности применения, высокой степени очистки, а также в способности обрабатывать шлифовальные растворы с изменяющейся концентрацией частиц стекла. Их использование также предпочтительно, если возникают серьезные проблемы.

2. Продукты в виде порошка, разбавляемые в воде перед использованием. Эти продукты получили распространение во многом благодаря тому, что они имеют выгодное соотношение цена/качество. В отличие от порошковых продуктов, описанных ранее, здесь должно применяться дозирование хлопьеобразователя в зависимости от количества стекла, содержащегося в растворе. Следовательно, необходимым условием является постоянная концентрация частиц стекла в шлифовальном растворе, либо возможность регулирования дозировки в зависимости от концентрации содержащегося стекла при различных условиях. Следовательно, предпочтительным вариантом использования этих продуктов является централизованное снабжение шлифовальных машин охлаждающим раствором с постоянной или линейной зависимостью концентрации стекольной пыли в растворе.

3. Жидкие продукты, непосредственно приливаемые в шлифовальный раствор. Эти продукты имеют идентичные характеристики хлопьеобразования по отношению к продуктам, описанным в п. 2. Преимуществом жидких продуктов является их готовность к применению. Соотношение цена/качество менее выгодно, чем у продуктов, описанных в п. 2.

Хлопьеобразователи производства АХЗ – основные типы продуктов.

Продукт	Группа (см. раздел «типы хлопьеобразователей»)	Применяемая концентрация
Аценол П	1	150 г/м3
ФФ Аценол 6335	1	150 г/м3
Аценол М	2	200-500 мл/ м3 (0,2% р-р)
Аценол ФЖ	3	200-500 мл/ м3

Оборудования для работы с хлопьеобразователями

Что касается оборудования для осаждения хлопьеобразователей, то компания SELUTOR (Германия) предлагает клиентам следующие три типа решений для очистки воды для охлаждения инструмента путем хлопьеобразования.

1. «Selumat» - cистема очистки и водообеспечения для 1-3 станков. Процесс очистки во время перерывов в обработке или после окончания работы.
2. «RSC» - центральная система очистки для группы станков с отдельным циркуляционным резервуаром. Процесс очистки во время обработки стекла с помощью бай-пасс системы
3. «RSD»- центральная и непрерывная система очистки для нескольких станков и линий обработки с циркуляционным резервуаром. Непрерывный процесс очистки с производительностью до 100% обработки воды в системе