Chłodziwa


Chłodziwa znajdują zastosowanie przy obróbce skrawaniem jako ciecze chłodząco-smarujące. Chłodzenie odbywa się poprzez kierowanie strumienia na ostrze narzędzia skrawającego.

 

Obniżenie temperatury narzędzia skrawającego o określoną wartość jest istotne z punktu widzenia jego trwałości i skuteczności obróbki. Chłodzeniu poddaje się nóż, materiał obrabiany oraz przestrzeń obróbki. Jako czynnik chłodzący wykorzystywane są ciecze do obróbki metali, czyli ciecze obróbcze lub ciecze chłodząco-smarujące.
Chłodzenie może mieć formę zewnętrzną, gdzie struga cieczy obróbczej jest kierowana na skrawaną warstwę, powierzchnię natarcia od wiór od góry. W chłodzeniu zewnętrznym ciecz może być również kierowana na powierzchnię przyłożenia ostrza od dołu. Nieco rzadziej wykorzystywane jest chłodzenie wewnętrzne. W takim rozwiązaniu ciecz obróbczą podaje się bezpośrednio za pomocą narzędzia skrawającego.
Jako ciecze obróbcze najczęściej wykorzystuje się oleje obróbcze oraz emulsje do obróbki metali, które w praktyce nazywane są chłodziwami lub cieczami chłodząco-smarującymi. Otrzymuje się je poprzez zmieszanie olejów emulgujących z wodą. Oprócz tego cieczami obróbczymi są mikroemulsje oraz ciecze syntetyczne, będące roztworami substancji chemicznych, a także pasty obróbcze i gazy. Właściwościom chłodziw warto przyjrzeć się nieco bliżej.
Właściwości chłodziw
Oleje emulgujące, czyli koncentraty emulsji są olejami o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C, w przedziale 30–200 mm2/s. Są to substancje mineralne, zwierzęce (olej smalcowy) lub roślinne (rzepakowy). Na rynku oferowane są również oleje syntetyczne oraz ich mieszaniny. Zawartość oleju w koncentracie z reguły nie przekracza 60% (V/V). W typowym składzie przewiduje się inhibitory korozji i utlenienia, a także dodatki EP.
Emulsje olejowe powstają z olejów emulgujących, czyli koncentratorów poprzez zmieszanie z wodą średniotwardą. Oleje emulgujące miesza się z wodą przy uwzględnieniu dowolnej proporcji. W efekcie powstaje stabilna emulsja w kolorze mleka. W praktyce zastosowanie najczęściej znajdują emulsje olejowe, które zawierają 2–8% (V/V) oleju emulgującego. Jednak są również aplikacje, gdzie wykorzystywane są emulsje o stężeniu do 10% (V/V).
Cząstki oleju w cieczach chłodząco-smarujących mają wielkość od 0,1 do 20 mikrometrów. Emulsje olejowe stosuje się aplikacjach wymagających dużych prędkości obrotowych i niewielkich obciążeń w miejscu styku narzędzia z obrabianym materiałem.
Chłodziwa wodorozcieńczalne
Nowoczesne chłodziwa wodorozcieńczalne nie zawierają azotanów i azotynów, a także chloru, cynku i innych metali ciężkich. W składzie preparatów tego typu nie ma również związków kompleksujących oraz amin, które łatwo wchodzą w reakcję nitrozowania. Oprócz tego chłodziwa wodorozcieńczalne zapewniają optymalne chłodzenie, mycie i smarowanie. Ważne jest przy tym zapewnienie optymalnej ochrony narzędzi skrawających przed zużyciem przy odporności na mikroorganizmy i ochronie przed korozją.
Specjalne emulsje znajdują zastosowanie w procesach obróbki większości stopów aluminium łącznie ze stopami aeronautycznymi, a także stopów miedzi, tytanu i niklu. Niektóre substancje tego typu mają dopuszczenia koncernów lotniczych. Warto podkreślić ich bardzo dobre własności obróbcze. Chłodziwa wodorozcieńczalne stosowane do obróbki stopów aluminium rozpuszcza się w wodzie o twardości całkowitej od 5 do 8°dH.
Odpowiednie emulsje są dobierane pod kątem trudnych obróbek. Preparaty tego typu mają wysoki poziom zwartości dodatków smarnych EP. Chodzi głównie o obróbkę stali specjalnych, twardych stopów aluminium i stopów tytanu. Niektóre preparaty rozpuszcza się w wodzie o twardości całkowitej od 10°dH.
Specjalne półsyntetyczne mikroemulsje można nabyć pod kątem obróbki obejmującej szlifowanie stali, staliwa oraz różnorodnych rodzajów żeliwa, zwłaszcza w odniesieniu do obróbki wiórowej i szlifowania, w tym, trudnych operacji, również w indywidualnych centrach obróbczych i centralnych układach chłodzenia. Są również preparaty o uniwersalnym zastosowaniu. Oprócz tego na rynku oferuje się emulsje o podwyższonym poziomie trwałości, własnościach chłodzących oraz znacznej zdolności w zakresie ochrony antykorozyjnej. Niejednokrotnie przewiduje się preparaty dwuskładnikowe zawierające mikroemulsje i dodatki smarne.

 

Ciecze syntetyczne
Syntetyczne ciecze chłodząco-smarujące cechują się przede wszystkim dobrymi własnościami obróbczymi i myjącymi oraz dobrą zdolnością do oddzielania oleju obcego.
Odpowiednich cieczy używa się przy czynnościach związanych ze szlifowaniem pod dużym obciążeniem oraz przy zgrubnej obróbce skrawaniem. Np. kluczową rolę przy wykonywaniu głębokiego szlifowania odgrywają dodatki przeciwzużyciowe typu AW (antiwear). Specjalne ciecze wykorzystywane są przy obróbce stopów aluminium, a także miedzi i honowania stali. Ważne są przy tym dobre własności o charakterze przeciwmgielnym i przeciwwapiennym.
Podczas obróbki metali twardych wykorzystuje się inhibitory przeciwdziałające wypłukiwaniu kobaltu, natomiast preparaty o dobrych własnościach smarnych wykorzystywane są przy szlifowaniu oraz obróbce skrawaniem stali i żeliwa.
Jakość wody
Nie można zapomnieć o odpowiednim poziomie jakości wody przeznaczonej do przygotowania emulsji. Powinna mieć ona odczyn obojętny (pH – około 7) i nie może być twarda lub bardzo twarda. Ważny jest również brak chlorków [Cl–], siarczanów [SO42–] i węglanów [HCO3– ][CO32– ]. Woda nie powinna mieć skażeń mikrobiologicznych w stopniu, który przekracza wymagania przewidziane dla cieczy chłodząco-smarujących. Z kolei proporcja zawartości jonów wapnia i magnezu decyduje o skłonności do tworzenia piany oraz tworzenia nierozpuszczalnych mydeł.

 

Pielęgnacja chłodziw obróbczych
Warto zadbać o odpowiednią pielęgnację chłodziw obróbczych. Należy zwracać uwagę na odpowiednią wartość pH i stężenie robocze. Dla skuteczności działania substancji ważne jest utrzymywanie emulsji bez zanieczyszczeń stałych i ciekłych z olejami obcymi pochodzącymi zwłaszcza od wycieków. Nie można zapomnieć o gruntownym wyczyszczeniu całego systemu cyrkulacji emulsji przed zalaniem do układu świeżego chłodziwa. Zastosować można przy tym specjalne środki myjąco-dezynfekujące.
Interesujące rozwiązanie stanowią produkty pozwalające na wydłużenie trwałości cieczy obróbczych i wzmacniających parametry przepracowanych chłodziw. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują odpowiednio wyselekcjonowane składniki aktywne przeciw rozwojowi bakterii i grzybów w chłodziwie, a także środki przeciwwapienne oraz podnoszące trwałość wody.
Przydatne narzędzie stanowią refraktometry, czyli przyrządy, dzięki którym można określić stężenie emulsji obróbczej (chłodziwa). Najprostsze refraktometry to urządzenia lunetkowe pozwalające na pomiar substancji o małych natężeniach. Pomiar jest wykonywany z dokładnością ±0,1 %. Nieco bardziej zaawansowane przyrządy są urządzeniami elektronicznymi, gdzie zakres pomiaru wynosi od 0,0 do 70,0 % przy dokładności ±0,2 %. Dzięki funkcji OFFSET można korygować skalę zgodnie z równaniem y=ax+b.
Najważniejsze funkcje cieczy chłodzących to chłodzenie narzędzia skrawającego, chłodzenie obrabianego przedmiotu, a także smarowanie w strefie styku ostrza skrawającego z obrabianym materiałem i wiórem. Ważne jest przy tym zapewnienie mniejszego współczynnika tarcia i poprawy jakości obrabianej powierzchni poprzez właściwości smarne cieczy obróbczej. Ponadto usuwa się wióry z obszaru obróbki oraz zapewnia ochronę powierzchni obrabianego materiału przed korozją.
Na etapie doboru cieczy obróbczej bierze się pod uwagę lepkość kinematyczną i wymagane właściwości smarne (AW lub EP) uwzględniając prędkość obróbki, rodzaj obrabianego materiału, prędkość skrawania i właściwości emulsji.

 

Autor: Damian Żabicki

 

Artykuł pochodzi z czasopisma Główny Mechanik nr 6/2016

 

 

Authors
Tagi
Góra
English