Failure Pattern روغن راهنما در اکستروژن آلیاژهای سبک؛ از تعریف تا تصویر دقیق مسأله
در پرسهای اکستروژن آلیاژهای سبک مانند آلومینیوم و منیزیم، روغن راهنما نقش حیاتی در کاهش اصطکاک لغزشی روی ریلها، ستونها و لغزندهها دارد. وقتی دربارهٔ Failure Pattern روغن راهنما صحبت میکنیم، منظور ترکیبی از الگوهای خرابی است که باعث فروپاشی فیلم روغن، افزایش سایش، چسبندگی ناخواسته و ناپایداری حرکت میشود. این خرابیها معمولاً از سه کانون میآیند: شرایط مرزی و شوکلود، دمای بالا و آلودگی ذرات/آب. در محیطهای صنعتی ایران، گردوغبار محیطی، نوسان دما در فصول، و تداخل روغنهای مختلف، ریسک را بالاتر میبرد.
مشکلات رایج شامل استیک-اسلیپ، سر و صدای ناپایدار، ایجاد وارنیش روی سطوح راهنما، کفکردگی و هوادهی در مخزن، افت ویسکوزیته بهدلیل برش مکانیکی و شستوشوی فیلم توسط سیال خنککاری است. پیامد مستقیم این الگوها، افزایش مصرف انرژی پرس، افت کیفیت سطح پروفیل، تغییرات سرعت خروجی و فرسایش زودرس لغزندهها است. هدف این مقاله تحلیل علل، تشخیص میدانی و آزمایشگاهی، معرفی افزودنیهای سازگار با آلیاژهای سبک و ارائهٔ راهکارهای عملی برای مهندسان نت و تولید است.
سازوکارهای سایش و شکست فیلم: از مرزی تا میکروپیتینگ
در لغزشهای با فشار ویژهٔ بالا و سرعت کم، رژیم روانکاری بهراحتی از هیدرودینامیک به مرزی تغییر میکند. اگر روغن راهنما چسبندگی سطحی کافی (بهواسطهٔ تاکیفایر و قطبیت مناسب) نداشته باشد، فیلم ناپایدار شده و تماس فلز-به-فلز رخ میدهد. نتیجه: استیک-اسلیپ، موجدار شدن مسیر، و میکروپیتینگ در نقاط تماس. سطوح آلومینیومی نسبت به خراشهای ریز و انتقال ماده حساساند، و منیزیم بهویژه در حضور رطوبت دچار خوردگی زیرمحیطی میشود.
سه محرک کلیدی شکست فیلم:
- بار ضربهای و نوسانی: شوکلود هنگام شروع حرکت یا تغییر پاسهای فشار باعث برش لحظهای فیلم میشود.
- آلودگی ذرهای: ذرات آلومینا، اکسیدهای سطحی و گردوغبار راهیافته به روغن مانند «خمیر ساینده» عمل میکنند.
- هوادهی و کف: حبس هوا کشش سطحی را تغییر داده و پایداری فیلم را کاهش میدهد.
برای مهار این مکانیزمها باید به ویسکوزیتهٔ پایهٔ مناسب (معمولاً ISO VG 68 یا 100 بسته به بار و لقی)، ضریب چسبندگی بالا، افزودنی ضدسایش اشلس و کنترل کد پاکیزگی توجه ویژه داشت.انتخاب صحیح روغن صنعتی در این نقطه، مستقیماً روی پایداری حرکت اثر میگذارد.
اثر گرما و چرخههای دمایی: اکسیداسیون، وارنیش و پایداری ویسکوزیته
دمای کاری در نواحی نزدیک به کانتینر و قالب میتواند دمای فیلم روغن راهنما را به محدودهٔ متوسط تا نسبتاً بالا برساند. چرخههای گرم/سرد پیدرپی، اکسیداسیون پایهٔ مینرال را تسریع و به تشکیل لاک/وارنیش منجر میکند. وارنیش با افزایش اصطکاک و چسبندگی سطح، حرکت نرم را مختل کرده و انرژی مصرفی پرس را بالا میبرد. از سوی دیگر، برش مکانیکی طولزنجیرههای پلیمر تاکیفایر و ویسکوزیفایر را کاهش داده و باعث افت ویسکوزیته در کار میشود.
نشانههای اثر گرما:
- تغییر رنگ روغن به قهوهای/کهربایی تیره و بوی تند اکسیداسیون.
- رسوب چسبناک روی ریلها و قفسهها (وارنیش).
- افزایش TAN و افت ظرفیت آنتیاکسیدان در آزمونهای FTIR/RULER.
راهکارها شامل انتخاب پایهٔ با پایداری اکسیداسیون بالاتر (استرهای سنتتیک یا مینرال گروه II/III)، آنتیاکسیدانت اشلس پایدار در گرما، کنترل نقطهٔ کار دما با مدیریت خنککاری موضعی، و استفاده از پاککنندههای وارنیش در فاز شستوشو است.
رفتار روانکار و افزودنیهای سازگار با آلومینیوم و منیزیم
برای اکستروژن آلیاژهای سبک، سازگاری شیمیایی افزودنیها اهمیت ویژهای دارد. افزودنیهای سولفور فعال و کلره میتوانند روی سطح آلومینیوم لکهگذاری کرده یا ریسک خوردگی را در حضور رطوبت افزایش دهند. بنابراین، تمرکز روی سیستمهای اشلس ضدسایش (مانند فسفاتهای آلی پایدار)، آنتیاکسیدانتهای آمینی/فنولی، تاکیفایرهای با برشپذیری کنترلشده، ضدکف سیلیکونی با دوز دقیق، و اصلاحکنندههای اصطکاک مبتنیبر استرهای چرب توصیه میشود.
نکات کلیدی انتخاب شیمی افزودنی
- ضدسایش: فسفاتهای آلی اشلس یا فسفات/بوراتهای سازگار؛ در صورت نیاز ZnDTP با سطح کنترلشده و غیرخورنده.
- اصلاحکننده اصطکاک: استرهای قطبی با جذب سریع سطحی برای مهار استیک-اسلیپ.
- تاکیفایر: پلیمرهای انتخابی که در برابر برش مقاوماند تا چسبندگی فیلم در دمای کار حفظ شود.
- ضدکف و ضدحباب: سیلیکونی کمدوز یا غیربیاثر با فیلترها؛ اوردوز، پایداری را بدتر میکند.
- پایهٔ روغن: استر سنتتیک یا مینرال Group II/III با شاخص ویسکوزیته بالا برای پایداری ویسکوزیته و جریانپذیری بهتر.
برای منیزیم، کنترل رطوبت حیاتی است؛ حضور آب میتواند فرآیندهای خوردگی را تشدید کند. همچنین، از افزودنیهایی که در تماس با منیزیم واکنشپذیری بالاتری دارند باید پرهیز کرد و به سمت سیستمهای اشلس و غیرلکهگذار رفت.
جدول مقایسهای فرمولاسیونهای رایج روغن راهنما برای پرس اکستروژن
| نوع فرمولاسیون | مزیت فنی | ریسک/محدودیت | سازگاری با آلیاژهای سبک | کاربری پیشنهادی |
|---|---|---|---|---|
| مینرال Group II + تاکیفایر (ISO VG 68) | هزینهٔ مناسب، در دسترس، فیلم چسبنده | پتانسیل وارنیش بالاتر، اکسیداسیون سریعتر | خوب، در صورت اشلسبودن بسته افزودنی | پرسهای عمومی با بار متوسط |
| استر سنتتیک + بسته اشلس (ISO VG 68/100) | پایداری اکسیداسیون و حرارتی عالی، اصطکاک پایین | قیمت بالاتر، نیاز به سازگاری آببندی | بسیار خوب، غیر لکهگذار | پرسهای پرظرفیت، سیکلهای طولانی |
| PAG غیرمحلول در آب (ISO VG 68) | شاخص ویسکوزیته بالا، اتلاف اصطکاکی کم | سازگاری محدود با برخی الاستومرها | خوب، عموماً بدون کلر/سولفور فعال | حرکت بسیار دقیق، کنترل استیک-اسلیپ |
| فرمولاسیون با جامد نرم (BN/MoS2 کمدوز) | حفاظت مرزی عالی در شوکلود | ریسک تجمع رسوب در دوز بالا | خوب، در دوز کنترلشده و غیرلکهگذار | بار ضربهای مقطعی، توقف/شروع مکرر |
پایش وضعیت و تشخیص ریشهای: از میدان تا آزمایشگاه
راهکار پایدار، بدون پایش منظم به نتیجه نمیرسد. کمینهسازی خرابی روغن راهنما با یک برنامهٔ آنالیز روغن صنعتی تحقق مییابد: شمارش ذرات (ISO 4406)، اندازهگیری آب (کولومتری/تست ترکِل)، TAN، ویسکوزیته در 40/100°C، FTIR برای اکسیداسیون و شاخص وارنیش، و اسپکترومتری برای فلزات سایش. در میدان نیز میتوان با آزمون لکه (Blotter)، کنترل صدای استیک-اسلیپ، بررسی کف و بازدید لمسنشدهٔ وارنیش روی ریلها، سرنخهای ارزشمند جمعآوری کرد.
ISO 4406 کد پاکیزگی را در سه بازهٔ اندازهٔ ذره گزارش میکند. هدفگذاری واقعبینانه روی پاکیزگی، عمر روغن و یاتاقانهای لغزشی را بهطور چشمگیری افزایش میدهد.
- نکتهٔ عملی: برای بسیاری از پرسها، رسیدن به کد پاکیزگی هدفگذاریشده با فیلتر آفلاین و تنفسگیر رطوبتگیر امکانپذیر است.
- نکتهٔ اقلیمی: در کارگاههای باز و پرگردوغبار ایران، کنترل ورودی هوا به مخزن (Desiccant Breather) اثر چشمگیری دارد.
راهکارهای اصلاحی و پیشگیرانه: برنامهٔ اقدام گامبهگام
- انتخاب ویسکوزیته: برای بارهای متوسط ISO VG 68 و برای بارهای بالاتر یا لقی بیشتر ISO VG 100؛ تصمیم با آزمون میدانی و دمای کار تکمیل شود.
- بستهٔ افزودنی سازگار: اشلس ضدسایش، آنتیاکسیدانت قوی، اصلاحکنندهٔ اصطکاک استری، ضدکف کمدوز؛ اجتناب از کلر و سولفور فعال.
- کنترل آلودگی: فیلتر آفلاین (Kidney Loop) با β بالاتر، هدفگذاری کد ISO 4406 واقعبینانه، تنفسگیر رطوبتگیر، آببندی مناسب در نقاط بحرانی.
- مدیریت دما: پایش نقطهای دما روی ریلها؛ در صورت دمای بالا، بهبود مسیرهای خنککاری و انتخاب پایهٔ با پایداری بهتر.
- مدیریت کف/هوا: بررسی طراحی برگشت روغن، آرامساز جریان، و کالیبراسیون ضدکف؛ از اوردوز افزودنی بپرهیزید.
- تداخل سیالات: جلوگیری از اختلاط با روغن هیدرولیک؛ رنگگذاری/لیبلینگ کانتینرها و اتصالات، SOP برای اپراتورها.
- پاکسازی وارنیش: در توقفهای برنامهریزیشده از شویندهٔ سازگار استفاده و سطح را فیزیکی-شیمیایی پاکسازی کنید.
- فهرست نکات مهم: انتخاب شیمی اشلس، فیلتراسیون تقویتی، تنفسگیر، کنترل دما، و مانیتورینگ منظم، پنج ستون راهبرد کاهش Failure Pattern هستند.
چالشهای رایج در واحدهای ایرانی و راهحلهای بومی
سه چالش محلی که زیاد دیده میشوند: ۱) گردوغبار شدید محیطی و آلودگی ذرات؛ ۲) استفادهٔ همزمان از روغنهای متفرقه و احتمال تقلبیبودن محصول؛ ۳) محدودیت توقفات تولید برای شستوشو. برای مورد اول، تنفسگیر رطوبتگیر و فیلتر آفلاین پرظرفیت راهگشاست. برای مورد دوم، خرید از مرجع معتبر، تطبیق COA/COQ با بچ، و انجام تستهای پایه مانند ویسکوزیته و FTIR ضروری است. برای مورد سوم، اجرای شستوشوهای موضعی برنامهریزیشده و استفاده از پاککنندههای سازگار که نیاز به توقف طولانی ندارند، بهترین تعادل بین تولید و نگهداری را ایجاد میکند.
موتورازین بهعنوان مرجع تأمین روانکار صنعتی در ایران میتواند بستههای سازگار با اکستروژن آلیاژهای سبک (مینرال Group II، استر سنتتیک، و PAG) را با پشتیبانی آنالیز روغن و برنامهٔ پایش ارائه کند تا ریسکهای عملیاتی بهصورت عددی مدیریت شوند.
جمعبندی
خرابی روغن راهنما در اکستروژن آلیاژهای سبک حاصل همافزایی سایش مرزی، اثرات حرارتی و آلودگی است. پاسخ فنی مؤثر بر سه لایه استوار است: انتخاب فرمولاسیون سازگار (اشلس، پایداری حرارتی بالا، تاکیفایر مقاوم به برش)، پایش وضعیت مبتنیبر آنالیز (ISO 4406، TAN، FTIR و بررسی وارنیش)، و اقدامات کنترلی در میدان (فیلتراسیون آفلاین، مدیریت تنفس مخزن، مدیریت کف و جداسازی سیالات). با اجرای این چارچوب، استیک-اسلیپ و سایش لغزندهها مهار شده، کیفیت سطح پروفیل و بهرهوری انرژی پرس بهبود مییابد. در نهایت، انتخاب تأمینکنندهٔ معتبر و برنامهٔ نگهداری پیشگیرانه تضمین میکند که «فیلم روغن» بهعنوان کوچکترین قطعهٔ حیاتی پرس، پایدار و قابل اتکا باقی بماند.
پرسشهای متداول
چه ویسکوزیتهای برای روغن راهنما انتخاب کنیم؟
در اکثر پرسهای اکستروژن آلومینیوم، ISO VG 68 نقطهٔ شروع مناسبی است؛ برای بارهای سنگینتر، لقی بیشتر یا دمای عملیاتی بالاتر میتوان به ISO VG 100 رفت. تصمیم نهایی باید با اندازهگیری دمای سطح ریلها و بررسی استیک-اسلیپ در تست میدانی اتخاذ شود. همواره به شاخص ویسکوزیتهٔ بالا و چسبندگی مناسب توجه کنید تا فیلم در شروع حرکت پایدار بماند.
چطور بفهمیم وارنیش در حال شکلگیری است؟
نشانههای زودهنگام شامل تغییر رنگ روغن، افزایش چسبندگی موضعی روی ریلها، و صدای ناپایدار حرکت است. آزمایش FTIR رشد باندهای اکسیداسیون و افزایش TAN را نشان میدهد. آزمون لکه روی کاغذ نیز «هالهٔ کهربایی» را آشکار میکند. اگر این شاخصها دیده شد، برنامهٔ پاکسازی هدفمند و ارتقای پایهٔ روغن/آنتیاکسیدانت را در دستور کار بگذارید.
کد پاکیزگی ISO 4406 هدف ما باید چه باشد؟
هدف دقیق به طراحی سیستم و حساسیت سطوح بستگی دارد، اما تجربه نشان میدهد رسیدن به کدی در بازهٔ محافظهکارانه و واقعبینانه با فیلتر آفلاین و تنفسگیر رطوبتگیر ممکن است. مهمتر از عدد ثابت، «روند بهبود» و تثبیت پاکیزگی در زمان است. برنامهٔ نمونهبرداری منظم و مقایسهٔ روندی بهترین معیار تصمیمگیری خواهد بود.
آیا استفاده از جامدات نرم مثل BN یا MoS2 ضروری است؟
این مواد در شوکلودهای مقطعی میتوانند حفاظت مرزی عالی ایجاد کنند، اما در دوز بالا ریسک تجمع و رسوب دارند. رویکرد پیشنهادی، شروع با فرمولاسیون اشلس با اصلاحکنندهٔ اصطکاک استری و ارزیابی میدانی است؛ در صورت تداوم تماس مرزی و استیک-اسلیپ، افزودن کمدوز جامد نرم با پایش رسوب و تمیزی سطوح منطقی است.
آلودگی آب از کجا وارد روغن راهنما میشود و راهحل چیست؟
آب میتواند از رطوبت محیط، نشتی مبدلهای حرارتی یا شستوشوی ناصحیح تجهیزات وارد شود. کنترل تنفس مخزن با رطوبتگیر، تست دورهای کرکل و بهبود آببندی نقاط بحرانی از اقدامات سریع هستند. اگر آب زیاد است، جداسازها و فیلتراسیون آفلاین کمک میکنند. حفظ آب در حد پایین، برای منیزیم حیاتی است تا از خوردگی ناخواسته جلوگیری شود.
بدون نظر