Типы СОЖ для станков с ЧПУ и особенности их применения

Охлаждение заготовки и инструментов необходимо для устранения воздействия тепла как на заготовку, так и на инструмент. Поэтому охлаждение играет очень важную роль и без него не могут эффективно выполняться различные операции. В статье рассматриваются типы используемых в промышленности охлаждающих жидкостей, аспект безопасности, их свойства и многое другое.

В операциях механообработки очень важную роль играет тепловая энергия. Из-за неё на инструменте и заготовке наблюдаются различные нежелательные эффекты. Криогенное охлаждение применяется для смазки, а также для охлаждения заготовки в процессе обработки. Качество обработанных изделий можно оценивать по тому, насколько они близки к чистовой отделке и ее свойствам по надежности, производительности и сроку службы. Также нужно учитывать износ инструмента, качество обработки поверхности и точность размеров.
Понятно, что температура резания, особенно когда она высока, очень вредна для режущих инструментов и обрабатываемой детали. Её нужно контролировать, максимально снижая без потери качества продукта и производительности.

При обработке возникает трение, из-за которого выделяется большое количество тепла. Это необходимо контролировать, а металлическую стружку необходимо удалять, чтобы обеспечить правильную форму, размер и хорошее качество поверхности заготовки. Охлаждающие жидкости выполняют две важные функции - смазки и охлаждения. Охлаждающий эффект отводит тепловую энергию от инструмента, заготовки и стружки. Это также увеличивает срок службы инструмента.

Охлаждение
Во время механической обработки выделяется огромное количество тепла из-за трения между инструментом и заготовкой, где энергия теряется. Воздух также может использоваться в качестве хладагента, но для очень легкого резания и низкого рабочего цикла. Во время производства тяжелая резка выполняется в течение длительного периода времени. Таким образом, для непрерывного производства инструмент необходимо охлаждать с помощью жидкого хладагента для более быстрого отвода тепла и ускорения резки, а также для снижения трения и износа инструмента.

Смазка

Кроме охлаждения СОЖ также используется в качестве смазки на границе между заготовкой и режущей кромкой инструмента. Смазка помогает предотвратить приваривание стружки к инструменту из-за тепла, выделяемого во время обработки.

Существует много оптимальных методов нанесения СОЖ, которые в основном зависят от области применения и особенностей оборудования. При резке металла обычно охлаждающая жидкость подается под высоким давлением, большим объемом непосредственно к границе раздела стружки и инструмента, при этом клапаны удерживают брызги, фильтры удаляют стружку для лучшей рециркуляции жидкости.
В более продвинутых системах охлаждение осуществляется путем перестановки доставки жидкости, аэрозоля и газа. Например, количество смазки минимизируется за счет криогенного охлаждения наконечника инструмента.
Шпиндель используется для подачи охлаждающей жидкости с помощью каналов, имеющихся в нем и через инструмент, непосредственно к поверхности резания. Также используются системы охлаждения с внешним соплом высокого давления, в которых рабочее давление достигается от сотен до нескольких тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Обычно существует четыре типа жидких охлаждающих жидкостей – чистое масло, синтетическое масло, растворимое масло и полусинтетическое масло, которые сочетаются с лучшими свойствами воды за счет суспендирования эмульгированного масла и водной основы. Основными свойствами жидкой СОЖ являются защита от ржавчины, способность работать со многими металлами и термическое сопротивление.

Натуральные масла

Натуральные масла — это те масла, которые не эмульгируются и используются в операциях механической обработки, где они функционируют в неразбавленной форме. Как правило, его состав представляет собой базовое минеральное или нефтяное масло. Он также содержит полярные смазки, такие как растительное масло и жиры. Они также могут содержать добавки, такие как сера, хлор и фосфор.

Синтетическая жидкость

Она не имеет минеральной масляной основы или нефти. Вместо этого синтетические СОЖ изготавливаются из щелочных органических и неорганических соединений вместе с присадками для предотвращения коррозии. Наилучшие результаты дает в разбавленном виде. Считается, что синтетическая жидкость обеспечивает лучшие характеристики охлаждения по сравнению с другими СОЖ.

Растворимое масло

Растворимое масло обычно образует эмульсию после смешивания с водой. Полученная концентрация содержит эмульсию и базовое минеральное масло для получения подходящего раствора. В разбавленном виде даёт хорошие результаты и обеспечивает оптимальную смазку, а также теплоотвод. Растворимые масла дёшевы и популярны в промышленности.

Полусинтетическая жидкость

При смешивании растворимых масел и синтетических жидкостей получается полусинтетическая СОЖ. Кроме того, характеристики теплопередачи и стоимость полусинтетической жидкости находятся в между растворимой и синтетической жидкостью.

Гели

В некоторых случаях смазочно-охлаждающая жидкость также может использоваться в виде пасты или геля, особенно при таких операциях, как сверление и нарезание резьбы. При распиливании металла ленточной пилой необходимо периодически наносить пасту на лезвие. Обычно этот материал похож на помаду или пчелиный воск.

Аэрозоли

Аэрозоли можно определить как смазочно-охлаждающую жидкость, смешанную с воздухом, образующую при распылении мельчайшие капельки жидкости. Подача аэрозолей осуществляется непосредственно через канавки инструмента. Доставка аэрозолей осуществляется с учетом места и времени, что с точки зрения оператора почти похоже на сухую обработку. Образующаяся стружка очень близка к сухой машинной стружке, она не требует смыва.

СОЖ с CO2

Углекислый газ используется в качестве хладагента, подача которого осуществляется через жидкость под давлением. CO2 — это расширяющийся жидкостно-газовый раствор, который помогает снизить температуру, достаточную для перехода фазы в твердое состояние. Затем эти кристаллы распределяются по зоне резания с помощью внешнего сопла или через подачу шпинделя, чтобы обеспечить охлаждение режущего инструмента и обрабатываемой детали с контролем температуры.

За последнее десятилетие из-за растущей озабоченности по поводу безопасности для здоровья на рабочем месте в был предложен ряд стандартов. Они исходят от государственных учреждений и международных организаций, имеющих полномочия на эту деятельность.

Для тех, кто работает в сфере производства смазочно-охлаждающих жидкостей и смазочных материалов, неудивительно, что более 40% всех зарегистрированных профессиональных заболеваний составляют кожные заболевания и расстройства среди всех профессиональных травм и заболеваний. Использование смазочно-охлаждающей жидкости вызывает заболевания и травмы рабочих; они также могут вызвать сердечно-сосудистые заболевания, внешние кожные раздражения или проблемы с дыханием при попадании в рот или через нос.
Профилактика осуществляется такими методами:

- СОЖ не должны превышать рекомендуемые уровни концентрации
- К работе допускаются лица без аллергических реакций и тяжёлых хронических заболеваний;
- Жидкости должны быть физически очищены — удалены мелкие частицы и масляные загрязнения.
- Должен быть обеспечен подходящий защитный крем.
- Защитные перчатки и маски;
- Должно быть предоставлено мягкое мыло с низким pH.
- Рабочие должны быть осведомлены о важности соблюдения правил личной гигиены;

Наиболее важные свойства охлаждающих жидкостей:

- Смазка и охлаждение;
- Предотвращают коррозию поверхности обрабатываемой детали;
- Полезно для химической, физической и технической стабильности заготовки и оборудования во время обработки;

- Предотвращают приваривание стружки;

Переработка/утилизация режущих и смазочных материалов

Повторное использование смазочно-охлаждающих жидкостей — это тема, которая в последние годы вызывает повышенный интерес, обусловленный более строгими местными, государственными и федеральными экологическими нормами разных стран и ростом стоимости нефти. Сегодня производители сталкиваются со все более сложной проблемой повторного использования и утилизации жидкости. Ниже приведен список определений, связанных с темой утилизации и переработки масла:

Отработанное масло: масло, первоначальные характеристики которого изменились во время использования, независимо от того, сделалось ли оно непригодным для дальнейшего использования в целях, для которых оно было предназначено.

Отработанное масло: масло, которое в результате использования, хранения или обработки стало непригодным для своего первоначального назначения из-за присутствия примесей или потери первоначальных свойств и которое не считается пригодным для повторного использования.

Эксплуатационное масло: отработанное масло, пригодное для дальнейшего использования по назначению, для которого предназначалось исходное масло.

Маслянистые отходы: смесь масла с такими веществами, как вода, грязь и/или другие материалы.

Переработка: общий термин для повторной очистки, регенерации или переработки отработанного масла для повторного использования. Продукт представляет собой переработанное масло.

Хотя назначение охлаждающих жидкостей хорошо известно, важно помнить о возможных опасностях для здоровья, правилах доставки и хранения. Кроме того, знание того, какая охлаждающая жидкость подходит для конкретных целей, может помочь повысить рентабельность производства.