グリーン製造：永続的な環境とショップのメリット
「グリーンマニュファクチャリング」は、アメリカ最大の業界で多くの人が使用する一般的なフレーズになっています。グッドウィン大学では、「製造プロセスの更新と製造分野での環境に配慮した事業の確立」と定義しています。時間をかけて時代遅れのプロセスを再考することで、時間とお金を節約し、最先端のビジネスとしての評判を築くことができます。環境にやさしい機械加工プロセスの確立は、環境にやさしいビジネスを生み出す正しい方向への大きな飛躍です。
グリーンマニュファクチャリングは、業界にとって次の論理的な前進です。
グリーン製造を開始する方法
より持続可能な機械工場とグリーン製造に向けて前進するための最初のステップは、施設の環境への影響を評価することです。製造プロセスの環境影響評価の最も一般的な方法は、ライフサイクルアセスメントまたはLCAです。 ISO 14040は、LCAを、製品システムのライフサイクル全体にわたる入力、出力、および潜在的な環境影響の編集と評価として定義しています。
自分自身に尋ねる4つの質問：
- 目標の定義と範囲–この調査で何を達成しようとしていますか？
- 在庫分析–定量化されたインプット（エネルギー、水、材料など）とアウトプット（大気放出、廃水）は何ですか？
- 影響評価–これらは環境にどのように影響しますか？
- 解釈–プロセスをより効率的で環境に優しいものにするために何を変更できますか？
在庫分析に役立つデータベースがあります。これらのデータベースは、送り速度、切削速度、工具径、切削時間、クーラント特性などの情報を収集し、すべての材料、エネルギーの入力と出力を計算します。
切削液の影響を理解する
切削液は、おそらくあなたの機械工場で一番の汚染物質であり、グリーン製造を達成するための邪魔になっています。 Modern Manufacturing Processesによると、北米の製造業者は2002年に20億ガロン以上を消費し、金属加工液市場はそれ以来成長してきました。切削液は、主に切削領域の冷却、潤滑、切りくず排出など、機械加工プロセスに多くの利点があります。
汚染物質
クーラントを最大限に活用することは、どの機械工場でもコスト効率の重要な要素です。したがって、直面する可能性のある、または現在直面している最大の問題の1つは、汚染物質による切削液の性能の低下です。最も一般的な種類の汚染物質は次のとおりです。
- フリーオイル（トランプオイルまたはサンプオイル）–切削液に浸透するCNCマシンのギアと機器を潤滑する液体
- 粗い粒子–比較的大きな固形廃棄物、チップ、および削りくず
- 微粒子–通常、コバルト、カドミウム、クロム、アルミニウム、鉛などの重金属で構成される、ワークピースまたは切削工具の非常に小さな断片
- 微生物–CNCマシンの壁やパイプの内側で増殖するバクテリアや菌類
チップやスワーフなどの粗い粒子は、通常、Hチェーン、チェーンとフライト、プッシュバー、または水路システムを使用して簡単に抽出できます。微粒子は、硬化タンク、泡分離器、遠心分離、または磁気分離器の形で分離またはろ過する必要があるため、より困難です。遊離油はろ過によって除去することもできますが、スキマーですばやく簡単に処理することもできます。
適切なろ過システムは、機械工場の費用を節約し、環境に役立つことができます。
微生物は、微粒子の10分の1のサイズになる可能性があるため、除去するのが最も困難です。 「月曜日の朝の悪臭」は、代謝過程で硫化水素を排出する嫌気性菌の一般的な副作用です。これらの有機体は、クーラントを数か月ごとに機械から排出して交換しなければならない主な理由の1つです。過去数十年にわたる技術の進歩により、膜精密ろ過システムがバイオマスと冷却液からの油を分離することが可能になりました。これらのタイプのシステムでは、環境と従業員の両方に厄介な健康影響を与えるため、オペレーターは問題のある殺生物剤を使用する必要がなくなります。ただし、ほとんどの微生物は切削液ではなく、機械の壁やパイプで増殖しているか、タンクの底にあるチップの残留物に埋もれていることに注意することが重要です。
ショップでの微生物の蓄積を減らす方法には、次のようなものがあります。
- 機械を清潔に保つ–スラッジ、スワーフ、チップはバクテリアの繁殖地になる可能性があります
- 有機汚染を減らす–唾、汗、タバコジュース、有機物はすべて微生物の食料源です
- トランプオイルの量を減らす–これは食料源にもなり得ます
バクテリアが成長してマシンを悪臭を放つチップの汚れた山。
切削液の種類
優れた切削液は、高い引火点、優れた接着性、高い熱安定性、および高い酸化安定性を備えている必要があります。液体は高温で発火してはならないため、高い引火点が必要です（ガソリンの引火点は低いです）。良好な接着性により、流体がワークピースの表面に付着します。これにより、切削工具とワークピースの間に層が作成され、それらを分離して摩擦を減らすことができます。摩擦が大きいほど切削抵抗が大きくなり、切削温度が高くなります。
高い切削温度は、切削工具の摩耗を早め、ワークピースを硬化させる可能性があるため、問題があります。高い熱安定性とは、高温では流体の粘度が低くなることを意味します（粘度の高い流体の例としては、室温で蜂蜜が使用されます）。切削領域の粘度が低いと、摩擦が少なくなり、熱と切削抵抗が小さくなります。切削液の酸化安定性は、最終的にその切削液を使用できる期間を決定します。しばらくすると、オイルが酸化し始め、その結果、オイルの粘度とスラッジの堆積物の量が増加します。
クーラントの量が多すぎると、無駄が多すぎる可能性があります。
この記事の目的上、切削液は生分解性と非生分解性の2つの大きなカテゴリーに分類されます。
非生分解性クーラント
非生分解性クーラントは石油ベースです。それらは人体および生態系への毒性が高く、労働安全衛生上のリスクをもたらします。また、廃棄プロセスも複雑です。
生分解性クーラント
生分解性クーラントは植物ベースです。これらは通常、大豆、ココナッツ、菜種などの野菜、またはニーム、カランジャ、ジャトロファなどの非食用植物から製造されます。この要因により、再生可能な資源となり、人間や環境への毒性が低くなります。
近年、一部の改質植物ベースのオイルは、表面仕上げ、熱抑制、および潤滑に関して、石油ベースのオイルを上回っています。 Science Directに掲載された、304ステンレス鋼の旋削に焦点を当てたある研究では、ホウ酸添加剤を含むココナッツオイルが、他の2つの切削液と比較して、工具の逃げ面摩耗や表面粗さに対抗するのに非常に優れていることが明らかになりました。これは、野菜ベースのソリューションの高い熱安定性によるものでした。
IOP Scienceに掲載された別の研究では、軟鋼を掘削する際の潤滑に関して、ニームとカランジャオイルの組み合わせがSAE 20W40（石油ベースのオイル）よりも優れていることがわかりました。結果は、植物ベースの油溶液が、そのより高い粘度および接着性のために、操作の切断力を減少させることを示した。これにより、最終的に部品の表面仕上げが改善されました。
コスト効率の高いクーラントの変更の概要
- 機械を清潔に保ち、外部汚染の量を減らすことにより、機械に蓄積する微生物を減らします
- 膜精密ろ過システムを設置する
- より効率的で生分解性の切削液に切り替えます
乾式加工によるグリーン加工のプラスの影響
切削液の入手、管理、廃棄に関連するコストと環境問題が排除されるため、機会があればいつでも乾式機械加工を利用する必要があります。乾式加工のもう1つの利点は、熱衝撃がないことです。カッターがカットを出てもクーラントがまだブラストしている場合、大きな温度変動（熱衝撃）により、フルタイムで熱くする場合よりも刃先が早く壊れます。乾式機械加工は、断続切削を伴う機械加工や焼入れ鋼の切削で最も一般的です。これは、高速およびフィードを使用するフライス盤操作で特に人気があります。高いランニングパラメータで切削することにより、熱の大部分をワークピースではなくチップに分散させることができます。これは、焼入れ鋼を加工する場合にも当てはまります。
乾式加工に最適な工具
理想的な切削工具は、より耐熱性があり、発熱が少ないものでなければなりません。カーバイドは非常に硬くて強いため、優れた基板です。コーティングされた工具は、断熱性と自己潤滑性が向上しているため、乾式加工に最適なオプションです。
最小量潤滑（MQL）のプラスの影響
- 水分消費量を大幅に削減
- より安全な切削液と潤滑剤
- 従業員の健康被害の軽減
- よりクリーンなショップ環境
- メンテナンスの削減
MQLではこのような少量の液体が使用されるため、少し高価な植物性オイルを使用するのに最適なアプリケーションになります。 MQLは、のこぎりおよび穴あけ作業で最も効果的であることがわかっています。
グリーン製造のメリット
環境保護レンズを通して現在の機械加工作業を再検討することで、時間とお金を節約し、従業員の危険性の少ない作業場所を作成できます。上記の手法を使用すると、ショップの効率を概算し、現在および将来の世代の利益のために適切な変更を加えることができます。
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