Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Тонкостенное фрезерование алюминия с использованием СОЖ на водной основе на фрезе .

Смазочно-охлаждающая жидкость - это охлаждающая и смазочная жидкость, разработанная 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), а также воздух или другие газы. Смазочно-охлаждающие жидкости производятся из нефтяных дистиллятов, животных жиров , растительных масел , воды и воздуха или других сырых ингредиентов. В зависимости от контекста и от типа смазочно - охлаждающей жидкости в настоящее время рассматривается, он может упоминаться как смазочно - охлаждающей жидкости , СОЖ , резки соединения , охлаждающей жидкости, или смазка .

В большинстве процессов металлообработки и механической обработки можно использовать смазочно-охлаждающую жидкость, в зависимости от материала заготовки. Распространенными исключениями из этого правила являются чугун и латунь , которые могут обрабатываться всухую (хотя это не относится ко всем латуням, и любая обработка латуни, вероятно, выиграет от присутствия смазочно-охлаждающей жидкости). [1]

Хорошая смазочно-охлаждающая жидкость обладает следующими свойствами:

  • Храните заготовку при стабильной температуре (критично при работе с жесткими допусками ). Очень тепло приемлемо, но следует избегать слишком горячего или чередования горячего и холодного.
  • Увеличьте срок службы режущего наконечника за счет смазки рабочей кромки и уменьшения количества сварочных швов .
  • Обеспечьте безопасность людей с ним (токсичность, бактерии, грибки) и окружающей среды при утилизации.
  • Предотвратить ржавчину на деталях машин и резцах

Функция [ править ]

Охлаждение [ править ]

При резке металла выделяется тепло из-за трения и потери 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 коротких рабочих циклов, типичных для технического обслуживания, ремонта и эксплуатации (MRO) или для любительской работы. Производственные работы требуют тяжелой резки в течение длительных периодов 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 настроение обоих, размягчиться до точки бесполезности или поломки, обжечь соседний материал, вызвать нежелательное тепловое расширение или привести к нежелательным химическим реакциям, таким как окисление .

Смазка [ править ]

Помимо охлаждения, смазочно-охлаждающие жидкости также способствуют процессу резания, смазывая поверхность раздела между режущей кромкой инструмента и стружкой. Предотвращая трение на этой границе раздела, можно предотвратить выделение тепла. Эта смазка также помогает предотвратить приваривание стружки к инструменту, что может помешать последующей резке.

В смазочно-охлаждающие жидкости часто добавляют противозадирные присадки , чтобы еще больше снизить износ инструмента.

Способы доставки [ править ]

Можно использовать любой мыслимый метод нанесения смазочно-охлаждающей жидкости (например, заливка, распыление, капание, распыление, нанесение кистью), причем наилучший 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 технического обслуживания, ремонта и капитального ремонта или для любительской металлообработки, когда используются более мелкие и простые станки. К счастью, в этом нет необходимости и в тех областях применения, где тяжелые резания , агрессивные скорости и подача, и постоянная резка в течение всего дня не являются жизненно важными.

Поскольку технологии непрерывно 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 СОЖ через инструмент , также известные как системы подачи СОЖ через шпиндель , представляют собой системы, подключенные по трубопроводу для подачи СОЖ через каналы внутри шпинделя и через инструмент непосредственно к поверхности раздела резания. Многие из них также представляют собой системы охлаждающей жидкости высокого давления , в которых рабочее давление может составлять от сотен до нескольких тысяч фунтов на квадратный дюйм (от 1 до 30  МПа ) - давления, сравнимые с теми, которые используются в гидравлических контурах. Для систем подачи СОЖ через шпиндель под высоким давлением требуются ротационные соединения , способные выдерживать такое давление. Сверла и концевые фрезыУ приспособленных для этого использования есть небольшие отверстия на губах, через которые выходит охлаждающая жидкость. Подобные приспособления также используются в различных типах ружейных сверл .

Типы [ править ]

Жидкости [ править ]

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. Эти свойства включают: 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 экологическую безопасность. [2]

Вода является хорошим проводником тепла, но имеет недостатки как смазочно-охлаждающая жидкость. Легко кипит, 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 инструментах в конце 19 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 британского английского, в просторечии известное как SUDS . [3] 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 появились в конце 1950-х годов и обычно имеют водную основу.

Официальным методом измерения концентрации масла в образцах смазочно-охлаждающей жидкости является ручное титрование : [4] 100 мл тестируемой жидкости титруется 0,5 М раствором HCl до конечной точки pH 4, и используется объем титранта, использованный для достижения конечной точки. для расчета концентрации масла. Этот метод точен и не подвержен загрязнению жидкостью, но должен выполняться обученным персоналом в лабораторных условиях. Ручной рефрактометр - это промышленный стандарт, используемый для определения соотношения смешанных водорастворимых хладагентов [5], который оценивает концентрацию масла по показателю преломления образца, измеренному 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, например, измерение вязкости , плотности и скорости ультразвука . Другое испытательное оборудование используется для определения таких свойств, как кислотность и проводимость.

Другие включают:

  • Керосин и медицинский спирт часто дают хорошие результаты при работе с алюминием .
  • WD-40 и 3-In-One Oil хорошо работают с различными металлами. Последний имеет запах цитронеллы; если неприятный запах, минеральное масло и универсальные смазочные масла работают примерно так же.
  • Way oil (масло, производимое для станков) работает как смазочно-охлаждающая жидкость. Фактически, некоторые винтовые машины предназначены для использования одного масла как в качестве масла, так и в качестве смазочно-охлаждающей жидкости. (Большинство станков рассматривают промежуточную смазку и охлаждающую жидкость как отдельные вещи, которые неизбежно смешиваются во время использования, что приводит к тому, что для их обратного разделения используются скиммеры для захламленного масла.)
  • Моторные масла имеют несколько сложное отношение к станкам. Можно использовать прямовесные моторные масла без моющих присадок, и на самом деле масла SAE 10 и 20 раньше были рекомендованными маслами для шпинделей и направляющих (соответственно) на ручных станках несколько десятилетий назад, хотя в настоящее время специальные формулы масел преобладают в промышленной обработке. В то время как почти все моторные масла могут действовать как адекватные смазочно-охлаждающие жидкости только с точки зрения их режущих характеристик, лучше избегать использования современных многомерных моторных масел с детергентами и другими добавками. Эти добавки могут вызвать коррозию меди в латуни и бронзе, которые в станках часто используются в подшипниках и гайках ходовых винтов (особенно старых или ручных станков).
  • Диэлектрическая жидкость используется в качестве смазочно-охлаждающей жидкости в электроэрозионных станках (EDM). Обычно это деионизированная вода или керосин с высокой температурой вспышки . Сильное тепло генерируется режущим действием электрода (или проволоки), а жидкость используется для стабилизации температуры заготовки, наряду с вымыванием любых эродированных частиц из непосредственной рабочей зоны. Диэлектрическая жидкость не электропроводна.
  • Водные столы, охлаждаемые жидкостью (вода или нефтяное масло), используются в процессе плазменной резки (PAC).
  • В качестве смазки используется масло высшего сорта Neatsfoot . Применяется в металлообрабатывающей промышленности в качестве смазочно-охлаждающей жидкости для алюминия. Для обработки, нарезания резьбы и сверления алюминия он превосходит керосин и различные смазочно-охлаждающие жидкости на водной основе. [6]

Пасты или гели [ править ]

Смазочно-охлаждающая жидкость также может принимать форму пасты или геля при использовании для некоторых применений, 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.

Аэрозоли (туманы) [ править ]

Некоторые СОЖ используются в виде аэрозоля (тумана) (воздух с крошечными каплями жидкости, разбросанными повсюду). Основные проблемы с туманом заключаются 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) [7] [8], позволяет избежать обеих этих проблем. Подача аэрозоля осуществляется непосредственно через канавки инструмента (он поступает непосредственно через вставку или вокруг нее).сам по себе - идеальный тип подачи смазочно-охлаждающей жидкости, который традиционно был недоступен за пределами нескольких контекстов, таких как ружейное сверление или дорогостоящая современная доставка 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 похожим на сухую механическую обработку. [7] [8] Стружка обычно выглядит как стружка, полученная методом сухой механической обработки, не требующая слива, а воздух настолько чистый, что обрабатывающие ячейки можно разместить ближе к проверке и сборке, чем раньше. [7] [8] MQL не обеспечивает большого охлаждения в смысле передачи тепла, но его целенаправленное смазывающее действие в первую очередь предотвращает выделение тепла, что помогает объяснить его успех.

СО 2 охлаждающая жидкость [ править ]

Двуокись углерода (химическая формула CO 2 ) также используется в качестве охлаждающей жидкости . В этом случае находящемуся под давлением жидкому CO 2 позволяют расширяться, и это сопровождается падением температуры, достаточным для превращения 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. [9]

Воздух или другие газы (например, азот) [ править ]

Изначально охлаждающей жидкостью для обработки был окружающий воздух. 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 в воздушный поток добавляют жидкости для образования тумана (системы охлаждения тумана, 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», вбирая тепло от поверхности раздела инструмент-чип. [10] Этот новый тип азотного охлаждения все еще находится под патентом. Срок службы инструмента увеличился в 10 раз при фрезеровании таких твердых металлов, как титан и инконель . [10]

В качестве альтернативы можно использовать воздушный поток в сочетании с быстро испаряющимся веществом (например, спиртом, водой и т. Д.) В качестве эффективного охлаждающего средства при работе с горячими предметами, которые нельзя охладить другими методами.

Прошлая практика [ править ]

  • В практике механической обработки XIX века нередко использовалась простая вода. Это было просто практическим приемом, позволяющим поддерживать фрезу в холодном состоянии, независимо от того, обеспечивала ли она какую-либо смазку на стыке режущей кромки и стружки. Если учесть, что быстрорежущая сталь (HSS) еще не была разработана, необходимость охлаждения инструмента становится все более очевидной. (HSS сохраняет твердость при высоких температурах; другие углеродистые инструментальные стали - нет.) Улучшением стала газированная вода ( бикарбонат натрия в воде), которая лучше препятствовала ржавлению направляющих станков. Сегодня эти варианты обычно не используются, потому что доступны более эффективные альтернативы.
  • В прошлом очень популярны были животные жиры, такие как жир или сало . [11] Сегодня они используются нечасто из-за большого количества других вариантов, но остаются в качестве опции.
  • В старых учебниках механического цеха говорится об использовании свинцового красного и белого свинца , часто смешанного с жиром или жиром. Эта практика устарела из-за токсичности свинца.
  • С середины 20-го века до 1990-х годов 1,1,1-трихлорэтан использовался в качестве добавки для повышения эффективности некоторых смазочно-охлаждающих жидкостей. В торговом сленге это называлось «один-один-один». Он был прекращен из-за его разрушающих озоновый слой и угнетающих центральную нервную систему свойств.

Проблемы безопасности [ править ]

Смазочно-охлаждающие жидкости представляют собой некоторые механизмы, вызывающие заболевания или травмы у рабочих. [12] Профессиональное воздействие связано с увеличением сердечно-сосудистых заболеваний . [13] Эти механизмы основаны на внешнем (кожном) или внутреннем контакте при механической обработке, включая прикосновение к деталям и инструментам; попадание брызг или брызг жидкости; или если туман оседает на коже или попадает в рот и нос при нормальном дыхании .

Механизмы включают химическую токсичность или физическую раздражающую способность:

  • сама жидкость
  • металлические частицы (от предыдущей резки), которые переносятся в жидкости
  • что бактериальные или грибковые популяции , которые , естественно , имеют тенденцию расти в жидкости с течением времени
  • в биоциды , которые были добавлены , чтобы ингибировать эти формы жизни
  • эти ингибиторы коррозии , которые добавляют для защиты машины и оснастки
  • то бродяга масла , которые являются результатом от способа , масел (смазочных материалов для направляющих) неизбежно находят свой путь в теплоносителе

Токсичность или раздражающая способность обычно невелики, но иногда этого достаточно, чтобы вызвать проблемы для кожи или тканей дыхательных или пищеварительных трактов (например, рта, гортани, пищевода, трахеи или легких).

Некоторые из диагнозов, которые могут возникнуть в результате описанных выше механизмов, включают раздражающий контактный дерматит ; аллергический контактный дерматит ; профессиональные прыщи ; трахеит ; эзофагит ; бронхит ; астма ; аллергия ; гиперчувствительный пневмонит (ГП); и обострение ранее существовавших респираторных проблем.

Более безопасные составы смазочно-охлаждающей жидкости обеспечивают устойчивость к случайным маслам, что позволяет улучшить фильтрацию без удаления базового пакета присадок. Вентиляция помещения , брызговики на машинах и средства индивидуальной защиты (СИЗ) (например, защитные очки , респираторные маски и перчатки ) могут снизить опасность, связанную с охлаждающими жидкостями. [14] Кроме того, скиммеры могут использоваться для удаления постороннего масла с поверхности смазочно-охлаждающей жидкости, что предотвращает рост микроорганизмов. [15]

В смазочно-охлаждающих жидкостях на нефтяной основе преобладает рост бактерий . Масло бродяги вместе с маслом человеческих волос или кожи - это часть мусора во время стрижки, который 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). Иногда в жидкость добавляют антисептики , чтобы убить бактерии. Такое использование должно быть сбалансировано с учетом того, нанесет ли антисептик вред режущей способности, здоровью рабочих или окружающей среде. Поддержание как можно более низкой температуры жидкости замедлит рост микроорганизмов. [14]

Деградация, замена и утилизация [ править ]

Со временем смазочно-охлаждающие жидкости разлагаются 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. [16] Оно возникает как смазочное масло, которое просачивается из направляющих и смывается с охлаждающей смесью, как защитная пленка, которой поставщик стали покрывает пруток для предотвращения ржавления, или как утечка гидравлического масла. В крайних случаях это можно увидеть как пленку или корку на поверхности охлаждающей жидкости или как 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. Плавающие водосливные скиммеры также используются в тех случаях, когда температура или количество масла в воде становятся чрезмерными.

После введения добавок для ЧПУ масло 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 такие методы, как ультрафильтрация с использованием полимерных или керамических мембран, которые концентрируют суспендированную и эмульгированную масляную фазу.

Обработка стружки и управление охлаждающей жидкостью взаимосвязаны. За десятилетия они были усовершенствованы до такой степени, что многие металлообрабатывающие предприятия теперь используют инженерные решения для полного цикла сбора, отделения и переработки как стружки, так 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 так далее. [17]

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ Фредерик Джеймс Камм (1949). Справочник инженера Newnes . Джордж Ньюнес. п. 594.
  2. ^ OSHA (1999). Жидкости для металлообработки: Руководство по передовым методам безопасности и здоровья . Солт-Лейк-Сити: Министерство труда, безопасности и гигиены труда США.
  3. ^ "Универсальное растворимое масло для резки - водорастворимое масло для резки - Midlands Lubricants Ltd." .
  4. ^ Байерс, JP (2006). Жидкости для металлообработки . CRC Press.
  5. ^ Фукута, Мицухиро; Янагисава, Тадаши; Миямура, Сатоши; Оги, Ясухиро (2004). «Измерение концентрации смеси хладагент / охлаждающее масло по показателю преломления». Международный журнал холода . 27 (4): 346–352. DOI : 10.1016 / j.ijrefrig.2003.12.007 .
  6. ^ "Масло для ног | смазка" . Британская энциклопедия . Проверено 26 января 2019 .
  7. ^ a b c Питер Зелински (28 августа 2006 г.), "К более бесшовному MQL" , Modern Machine Shop
  8. ^ a b c Корн, Дерек (24 сентября 2010 г.), «Многочисленные способы использования MQL для Ford» , Modern Machine Shop
  9. ^ «Система охлаждения CO2 снижает трение» , Интернет-магазин Modern Machine Shop , 2011-09-26
  10. ^ a b Зелински, Питер (2011-01-28), «Разница в 400 °» , Modern Machine Shop , 83 (10)
  11. ^ Hartness 1915 , стр. 153-155 .
  12. Перейти ↑ NIOSH (2007). Отчет об оценке опасности для здоровья и технической помощи: HETA 005-0227-3049 , Diamond Chain Company, Индианаполис, Индиана.
  13. ^ «Охрана труда и техника безопасности - химическое воздействие» . www.sbu.se . Шведское агентство по оценке технологий здравоохранения и социальных услуг (SBU). Архивировано из оригинала на 2017-06-06 . Проверено 7 июня 2017 .
  14. ^ а б NIOSH (1998). Критерии рекомендованного стандарта: воздействие жидкостей для металлообработки на рабочем месте . Цинциннати, Огайо: Министерство здравоохранения и социальных служб США, Центры по контролю и профилактике заболеваний, Национальный институт безопасности и гигиены труда. DHHS (NIOSH) Паб. № 98-102.
  15. ^ "Нефтяные скиммеры | Ремень, дисковые нефтесборщики | SKIM IT" . Нефтяные скиммеры . Проверено 17 октября 2018 .
  16. ^ Smid 2010 , стр. 114.
  17. ^ Willcutt_2015-06-18, Расс (2015-06-18), «Когда стружка упала» , Modern Machine Shop .

Библиография [ править ]

  • Хартнесс, Джеймс (1915), Руководство по токарному станку с плоской револьверной головкой Hartness: Руководство для операторов , Спрингфилд, Вермонт и Лондон: Jones & Lamson Machine Company
  • Смид, Питер (2010), Установка управления ЧПУ для фрезерования и токарной обработки , Нью-Йорк: Industrial Press, ISBN 978-0831133504, LCCN  2010007023 .


Внешние ссылки [ править ]

  • Жидкости для металлообработки - Тема безопасности и гигиены труда NIOSH - Национальный институт охраны труда