Войти
Тонкостенное фрезерование алюминия с использованием смазочно-охлаждающей жидкости на водной основе на фрезе .Смазочно-охлаждающая жидкость - это тип охлаждающей жидкости и смазки , разработанной специально для процессов металлообработки, таких как механическая обработка. и штамповка. Существуют различные виды смазочно-охлаждающих жидкостей, в том числе масла, водомасляные эмульсии, пасты, гели, аэрозоли (туманы) и воздух или другие газы. Смазочно-охлаждающие жидкости производятся из нефтяных дистиллятов, животных жиров, растительных масел, воды и воздуха или других исходных ингредиентов. В зависимости от контекста и от того, какой тип смазочно-охлаждающей жидкости рассматривается, она может называться смазочно-охлаждающая жидкость, смазочно-охлаждающая жидкость, смазочно-охлаждающая смесь, СОЖ или смазка .
В зависимости от материала заготовки в большинстве процессов металлообработки и механической обработки можно использовать смазочно-охлаждающую жидкость. Распространенными исключениями из этого правила являются чугун и латунь, которые можно обрабатывать всухую (хотя это не относится ко всем латуням, и любая обработка латуни, вероятно, выиграет от наличия Смазочно-охлаждающая жидкость).
Свойства, которые необходимы для хорошей смазочно-охлаждающей жидкости, - это способность:
При резке металла выделяется тепло из-за трения и потерь энергии при деформации материала. Окружающий воздух имеет низкую теплопроводность (плохо проводит тепло), что означает, что это плохой хладагент. Охлаждение окружающим воздухом иногда бывает достаточно для легких разрезов и небольших рабочих циклов, типичных для технического обслуживания, ремонта и операций (MRO) или для любительской работы. Производственные работы требуют тяжелой резки в течение длительного времени и обычно выделяют больше тепла, чем может удалить воздушное охлаждение. Вместо того, чтобы приостанавливать производство на время охлаждения инструмента, использование жидкого хладагента быстрее отводит значительно больше тепла, а также может ускорить резку и снизить трение и износ инструмента.
Однако нагревается не только инструмент, но и рабочая поверхность. Избыточная температура в инструменте или рабочей поверхности может испортить состояние обоих, размягчиться до точки бесполезности или поломки, обжечь соседний материал, вызвать нежелательное тепловое расширение или привести к нежелательным химическим веществам. такие реакции, как окисление.
Помимо охлаждения, смазочно-охлаждающие жидкости также способствуют процессу резания, смазывая поверхность раздела между режущей кромкой инструмента и стружкой. Предотвращая трение на этой границе раздела, предотвращается выделение тепла. Эта смазка также помогает предотвратить приваривание стружки к инструменту, что может помешать последующей резке.
Противозадирные присадки часто добавляют в СОЖ для дальнейшего снижения износа инструмента.
Могут использоваться все мыслимые методы нанесения смазочно-охлаждающей жидкости (например, заливка, распыление, капание, распыление, нанесение кистью), лучший выбор зависит от области применения и доступного оборудования.. Для многих операций по резке металлов идеалом долгое время была перекачка большого объема под высоким давлением, чтобы направить поток жидкости (обычно водно-масляной эмульсии) непосредственно на поверхность раздела инструмент-стружка, при этом стены вокруг станка должны удерживать брызги и брызги. отстойник для улавливания, фильтрации и рециркуляции жидкости. Этот тип системы обычно используется, особенно на производстве. Часто это не практичный вариант для ТОиР или любительской металлообработки, где используются более мелкие и простые станки. К счастью, в этом нет необходимости и в тех случаях, когда тяжелые резания, агрессивные скорости и подачи и постоянное резание в течение всего дня не являются жизненно важными.
Поскольку технологии постоянно развиваются, парадигма наводнения уже не всегда явный победитель. С 2000-х годов он был дополнен новыми перестановками подачи жидкости, аэрозоля и газа, такими как минимальное количество смазки и криогенное охлаждение через наконечник инструмента (подробно описано ниже).
Системы подачи охлаждающей жидкости через инструмент, также известные как системы подачи охлаждающей жидкости через шпиндель, представляют собой системы, подключенные по трубопроводу для подачи охлаждающей жидкости через каналы внутри шпинделя и через инструмент непосредственно к режущей поверхности. Многие из них также являются системами охлаждающей жидкости высокого давления, в которых рабочее давление может составлять от сотен до нескольких тысяч фунтов на кв. Дюйм (от 1 до 30 МПа ) - давления сопоставимы к тем, которые используются в гидравлических схемах. Для систем подачи СОЖ через шпиндель под высоким давлением требуются роторные соединения , которые могут выдерживать такое давление. Сверла и концевые фрезы, предназначенные для этого использования, имеют небольшие отверстия на кромках, через которые выходит охлаждающая жидкость. Различные типы ружейных сверл также используют аналогичные приспособления.
Обычно существует три типа жидкостей: минеральные, полусинтетические и синтетические. Полусинтетические и синтетические смазочно-охлаждающие жидкости представляют собой попытку объединить лучшие свойства масла с лучшими свойствами воды путем суспендирования эмульгированного масла в водной основе. К этим свойствам относятся: ингибирование ржавчины, устойчивость к воде в широком диапазоне жесткости (поддержание стабильности pH от 9 до 10), способность работать со многими металлами, сопротивление термическому разрушению и экологическая безопасность.
Вода является хорошим проводник тепла, но имеет недостатки как смазочно-охлаждающая жидкость. Он легко закипает, способствует коррозии деталей машин, плохо смазывает. Следовательно, для создания оптимальной смазочно-охлаждающей жидкости необходимы другие ингредиенты.
Минеральные масла на нефтяной основе впервые начали использовать в режущих работах в конце XIX века. Они варьируются от густых, темных, богатых серой смазочно-охлаждающих масел, используемых в тяжелой промышленности, до легких прозрачных масел.
Полусинтетические охлаждающие жидкости, также называемые растворимыми маслами, представляют собой эмульсию или микроэмульсию воды с минеральным маслом. В мастерских используют растворимое масло в британском английском, в просторечии известное как SUDS . Они начали использоваться в 1930-х годах. Типичный станок с ЧПУ обычно использует эмульгированную охлаждающую жидкость, которая состоит из небольшого количества масла, эмульгированного в большем количестве воды с помощью моющего средства.
Синтетические охлаждающие жидкости возникли в конце 1950-х годов и обычно имеют водную основу.
Официальным методом измерения концентрации масла в образцах смазочно-охлаждающей жидкости является ручное титрование : 100 мл тестируемой жидкости титруют 0,5 М раствором HCl до конечной точки pH 4 и объема. титранта, используемого для достижения конечной точки, используется для расчета концентрации масла. Этот метод точен и не зависит от загрязнения жидкостью, но должен выполняться обученным персоналом в лабораторных условиях. Ручной рефрактометр является промышленным стандартом, используемым для определения соотношения смешанных водорастворимых хладагентов, который оценивает концентрацию масла на основе показателя преломления образца, измеренного по шкале Брикса. Рефрактометр позволяет проводить измерения концентрации нефти на промышленных предприятиях. Однако загрязнение образца снижает точность измерения. Другие методы используются для измерения концентрации масла в смазочно-охлаждающих жидкостях, такие как измерение вязкости, плотности и скорости ультразвука. Другое испытательное оборудование используется для определения таких свойств, как кислотность и проводимость.
К другим относятся:
Смазочно-охлаждающая жидкость также может иметь форму пасты или гель при использовании для некоторых приложений, в частности ручных операций, таких как сверление и нарезание резьбы. При распиливании металла ленточной пилой обычно периодически наносят полоску пасты по лезвию. Этот продукт похож по форм-фактору на губную помаду или пчелиный воск. Поставляется в картонной тубе, которая медленно расходуется с каждым применением.
Некоторые смазочно-охлаждающие жидкости используются в форме аэрозоля (тумана) (воздух с крошечными капельками жидкости, разбросанными по всей поверхности). Основная проблема с туманом заключалась в том, что он довольно вреден для рабочих, которым приходится дышать окружающим загрязненным туманом воздухом, и что иногда они даже не очень хорошо работают. Обе эти проблемы возникают из-за неточной доставки, которая часто оставляет туман везде и всегда, кроме интерфейса резки, во время резки - в одном месте и в то время, когда это необходимо. Однако новая форма доставки аэрозолей, MQL (минимальное количество смазки), позволяет избежать обеих этих проблем. Подача аэрозоля осуществляется непосредственно через канавки инструмента (он поступает непосредственно через или вокруг самой пластины - идеальный тип подачи смазочно-охлаждающей жидкости, который традиционно был недоступен за пределами некоторых контекстов, таких как ружейное сверление или дорогостоящая современная подача жидкости при производственном фрезеровании). Аэрозоль MQL доставляется таким точно нацеленным способом (как в отношении местоположения, так и времени), что конечный эффект с точки зрения оператора кажется почти как сухая обработка. Стружка обычно выглядит как стружка, обработанная методом сухой механической обработки, не требующая слива, а воздух настолько чистый, что обрабатывающие ячейки можно разместить ближе к проверке и сборке, чем раньше. MQL не обеспечивает особого охлаждения в смысле передачи тепла, но его целенаправленное смазывающее действие в первую очередь предотвращает выделение тепла, что помогает объяснить его успех.
Двуокись углерода (химическая формула CO 2) также используется в качестве охлаждающей жидкости. В этом случае находящейся под давлением жидкости CO 2 дают возможность расширяться, и это сопровождается падением температуры, достаточным для перехода фазы в твердое тело. Эти твердые кристаллы перенаправляются в зону резки либо через внешние сопла, либо через шпиндель, чтобы обеспечить контролируемое по температуре охлаждение режущего инструмента и заготовки.
Окружающий воздух, конечно же, был исходной охлаждающей жидкостью для обработки. Сжатый воздух, подаваемый по трубам и шлангам от воздушного компрессора и выпускаемый из сопла, направленного на инструмент, иногда является полезным хладагентом. Сила потока декомпрессионного воздуха сдувает стружку, а сама декомпрессия оказывает небольшое охлаждающее действие. В конечном итоге тепло от обрабатываемого реза уносится немного лучше, чем только окружающий воздух. Иногда к воздушному потоку добавляют жидкости для образования тумана (туманные охлаждающие системы, описанные выше).
Жидкий азот, поставляемый в стальных баллонах под давлением, иногда используется аналогичным образом. В этом случае достаточно кипячения, чтобы обеспечить мощный охлаждающий эффект. В течение многих лет это делалось (в ограниченном количестве приложений) путем затопления рабочей зоны. С 2005 года этот режим подачи СОЖ применяется аналогично MQL (с подачей через шпиндель и через наконечник инструмента). Это охлаждает корпус и кончики инструмента до такой степени, что он действует как «термогубка», забирая тепло из интерфейса инструмент-чип. Этот новый тип азотного охлаждения все еще находится под патентом. Срок службы инструмента был увеличен в 10 раз при фрезеровании твердых металлов, таких как титан и инконель.
. Альтернативно, использование потока воздуха в сочетании с быстро испаряющимся веществом (например, спиртом, водой и т..) может использоваться как эффективный хладагент при работе с горячими деталями, которые нельзя охладить другими способами.
Смазочно-охлаждающие жидкости представляют собой некоторые механизмы, вызывающие заболевания или травмы у рабочих. Профессиональное воздействие связано с увеличением сердечно-сосудистых заболеваний. Эти механизмы основаны на внешнем (кожном) или внутреннем контакте при обработке, включая прикосновение к деталям и инструментам; попадание брызг или брызг жидкости; или наличие тумана, оседающего на коже или попадания в рот и нос при нормальном ходе дыхания.
Механизмы включают химическую токсичность или физическое раздражающее действие:
Токсичность или раздражающая способность обычно невелики, но иногда этого достаточно, чтобы вызвать проблемы для кожи или тканей дыхательных путей или пищеварительного тракта (например, рта, гортани, пищевода, трахеи или легких).
Некоторые из диагнозов, которые могут быть результатом механизмов, описанных выше, включают раздражающий контактный дерматит ; аллергический контактный дерматит ; профессиональные угри ; трахеит ; эзофагит ; бронхит ; астма ; аллергия ; гиперчувствительный пневмонит (HP); и ухудшение ранее существовавших респираторных проблем.
Более безопасные составы смазочно-охлаждающей жидкости обеспечивают стойкость к случайным маслам, позволяя улучшить фильтрацию без удаления базового пакета присадок. Вентиляция помещения, брызговики на машинах и средства индивидуальной защиты (СИЗ) (например, защитные очки, респираторы маски и перчатки ) могут снизить опасность, связанную с СОЖ. Кроме того, скиммеры могут использоваться для удаления случайного масла с поверхности смазочно-охлаждающей жидкости, что предотвращает рост микроорганизмов.
Бактериальный рост преобладает в смазочно-охлаждающих жидкостях на нефтяной основе. Масло бродяги вместе с маслом человеческих волос или кожи - это часть мусора во время стрижки, которая накапливается и образует слой на поверхности жидкости; анаэробные бактерии размножаются из-за ряда факторов. Ранним признаком необходимости замены является «запах утра понедельника» (из-за отсутствия использования с пятницы по понедельник). Антисептики иногда добавляют в жидкость для уничтожения бактерий. Такое использование должно быть сбалансировано с учетом того, нанесет ли антисептик вред режущей способности, здоровью рабочих или окружающей среде. Поддержание минимальной температуры жидкости, насколько это возможно, замедлит рост микроорганизмов.
Смазочно-охлаждающие жидкости со временем ухудшаются из-за попадания загрязняющих веществ в систему смазки. Распространенным типом деградации является образование постороннего масла, также известного как масло отстойника, которое представляет собой нежелательное масло, смешанное с СОЖ. Он возникает как смазочное масло, которое просачивается из охлаждающей смеси и смывается с ним, как защитная пленка, которой поставщик стали покрывает пруток для предотвращения ржавчины, или как гидравлическая утечка масла. В крайних случаях это может быть пленка или корка на поверхности охлаждающей жидкости или плавающие капли масла.
Скиммеры используются для отделения попутного масла от охлаждающей жидкости. Обычно это медленно вращающиеся вертикальные диски, которые частично погружены ниже уровня охлаждающей жидкости в основном резервуаре. Когда диск вращается, попутное масло прилипает к каждой стороне диска и соскребается двумя дворниками, прежде чем диск снова пройдет через охлаждающую жидкость. Стеклоочистители имеют форму канала, который затем перенаправляет постороннее масло в контейнер, где оно собирается для утилизации. Плавучие водосливные скиммеры также используются в тех случаях, когда температура или количество нефти на воде становятся чрезмерными.
С момента введения добавок для ЧПУ, маслоотделение в этих системах можно обрабатывать более эффективно за счет эффекта непрерывного разделения. Скопление постороннего масла отделяется от охлаждающей жидкости на водной или масляной основе и может быть легко удалено абсорбентом.
Старая использованная смазочно-охлаждающая жидкость должна быть утилизирована, если она зловонная или химически разложилась и потеряла свою пригодность. Как и в случае с отработанным моторным маслом или другими отходами, его воздействие на окружающую среду должно быть уменьшено. Законодательство и нормативные акты определяют, как этого смягчить. Современная утилизация смазочно-охлаждающей жидкости включает в себя такие методы, как ультрафильтрация с использованием полимерных или керамических мембран, которые концентрируют суспендированную и эмульгированную масляную фазу.
Работа с микросхемой и управление охлаждающей жидкостью взаимосвязаны. За десятилетия они были усовершенствованы до такой степени, что многие металлообрабатывающие предприятия теперь используют технические решения для полного цикла сбора, отделения и переработки стружки и охлаждающей жидкости. Например, стружка сортируется по размеру и типу, посторонние металлы (например, болты и лом) отделяются, охлаждающая жидкость центрифугируется от стружки (которая затем сушится для дальнейшей обработки) и т. Д.
.
