Кроме того, широко применяется специальное испаряющееся уплотнительное масло, которое содержит уникальные полярные добавки, такие как эфиры. Оно отличается низкой вязкостью, что облегчает его нанесение на рабочие поверхности. При нагреве это масло быстро испаряется, и не требует последующей очистки, что значительно экономит время и ресурсы.
СОЖ. Все о смазочно-охлаждающей жидкости
В процессе механической обработки металлов резанием или пластической деформацией выделяется значительное количество тепла. Это тепло вызывает перегрев как обрабатывающего инструмента, так и поверхности заготовки, что, в свою очередь, ухудшает качество обработки, ускоряет износ дорогостоящих инструментов, а также приводит к изменению структуры поверхностных слоев металла заготовки. Данные изменения могут негативно отразиться на технологических свойствах и качестве конечных продуктов, что является серьезной проблемой в машиностроении и металлообработке.
Для предотвращения негативных последствий перегрева, улучшения качества обработки поверхности заготовки и повышения сроков службы оборудования используются специализированные охлаждающие жидкости.
По состоянию теплоносителя, все охлаждающие жидкости можно разделить на три основные группы: газы, жидкости и твердые вещества. Самыми распространенными являются жидкие хладагенты, известные как смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).
СОЖ представляют собой специальные вещества, которые используются в процессе работы металлообрабатывающих станков. Каждый технологический процесс, будь то токарная или фрезерная обработка, сопряжен с возникновением трения. Это трение может привести к деформации обрабатываемой детали, повреждению как самого инструмента, так и заготовки, а также изменению механических свойств металла, что является нежелательным.
Главной целью применения СОЖ в металлургической индустрии является разделение трущихся поверхностей и снижение температуры инструмента. На рабочих поверхностях СОЖ образует смазочную пленку, которая уменьшает силу трения и необходимо для резки усилие. Использование определенных добавок в СОЖ упрощает процесс резания: молекулы жидкости с легкостью проникают в микротрещины на поверхности металла и выполняют роль клина, благодаря чему обеспечивается лучшая обработка.
Состав СОЖ (СОТС)
Состав большинства охлаждающих жидкостей, применяемых в металлообработке, примерно схож. Основные различия между продуктами различных производителей или марок заключаются в концентрации тех или иных компонентов или добавок, которые могут быть необходимыми для определенного процесса обработки или типа металла.
Эффективная охлаждающая жидкость для станков включает в себя следующие составляющие:
- Смазки, произведенные на основе либо натуральных, либо синтетических масел;
- Присадки, обладающие разнообразными эксплуатационными характеристиками;
- Вещества, которые препятствуют расслоению смазочно-охлаждающих жидкостей на фракции;
- Антикоррозионные и компоненты, снижающие износ;
- Добавки, которые уменьшают пенообразование и агрессивность по отношению к обрабатываемым металлам.
Присадки в составе СОЖ
Присадки играют важную роль в составе охлаждающих жидкостей для металлообработки. Даже в минимальных концентрациях они способны значительно улучшать качество и эффективность изготовления металлических изделий.
Различные добавки выполняют множество важных функций:
- Увеличивают устойчивость металлов к коррозии;
- Служат противодействием износу, снижая износ рабочих поверхностей инструмента;
- Препятствуют образованию задира на поверхности металлической заготовки в процессе обработки;
- Предотвращают возникновение пены, которая уменьшает качество СОЖ, а также образование масляного тумана, негативно влияющего на здоровье рабочих, в том числе на кожу и дыхательные пути.
Особенности воздействия на станки и заготовки
В общем, охлаждающая жидкость решает три ключевые задачи: охлаждение, смазка и удаление мелких частиц, таких как стружка. Однако на практике она решает даже больше проблем, связанных с обработкой:
- Замедляется процесс изнашивания режущего инструмента;
- Увеличивается точность работы на токарном станке;
- Сокращается количество промежуточных технологических процессов;
- Улучшается качество готовых деталей;
- Снижаются риски для персонала, что делает рабочее место значительно более комфортным.
Хотя токарная СОЖ не является обязательной для металлообработки, без нее невозможно производить качественную продукцию и разумно планировать расходы на инструменты и их обслуживание.
Виды и особенности
Охлаждающие жидкости, доступные на рынке, могут различаться по составу. Характеризуясь своей функциональностью, они выполняют аналогичные задачи, однако их эффективность зависит от конкретной области применения.
Масляные
Примечательной особенностью масляных СОЖ является то, что их основным ингредиентом выступает минеральное масло. Эти жидкости не нуждаются в смешивании с водой и используются там, где не применяют смазочные материалы на водной основе, к примеру, при обработке высоколегированных сталей.
Масляные высшие жидкости зарекомендовали себя как отличные помощники в механической обработке и при использовании в автоматических станках. Кроме того, они прозрачны, что не отвлекает оператора во время токарной обработки или шлифования.
Водосмешиваемые
Данные жидкости выпускаются в виде концентрата и перед непосредственным использованием требуют разведения с водой. Водосмешиваемые СОЖ для токарных станков с числовым программным управлением (ЧПУ) можно классифицировать на три основные группы:
- Синтетические — образуют чистый химический раствор при смешивании с водой, часто используют при шлифовании деталей;
- Полусинтетические — содержат небольшую долю (до 15%) масел в составе и, после смешивания с водой, дают полупрозрачные микроэмульсии;
- Эмульгирующие (или эмульсолы) — составляют значительную долю (до 70%) масел, образуя под воздействием воды плотные эмульсии молочного оттенка.
Присадки
При использовании СОЖ в металлообработке к эмульсии добавляют специальные присадки, что помогает улучшить её технические и функциональные свойства. Ниже приведены ключевые характеристики добавок, используемых для повышения эффективности работы окажущихся популярных устройств:
- Антиизносные добавки — продлевают срок службы режущих и шлифующих инструментов;
- Антифракционные — действуют аналогично техническим маслам;
- Антизадирные — уменьшают негативные эффекты от нагревания и износа в условиях агрессивной среды;
- Ингибиторы — сокращают вероятность коррозии инструмента;
- Противотуманные добавки — подавляют образование масляного тумана в рабочем пространстве.
Как подавать смазочную жидкость в зону резки
В современных производствах широко используются различные методы подачи СОЖ:
- Подача под высоким давлением — несколько сопел одновременно распыляют жидкость струйно-напорным способом;
- Подача свободной струей — жидкость направляется непосредственно в зону обрабатываемой детали, поступая через осевое отверстие в оборудовании, где благодаря вращению инструмента распределяется по периферийным участкам;
- Подача непосредственно в зону резания или шлифовки — этот метод актуален только для жидкостей с выраженными смазочными свойствами; в данном случае подача СОЖ начинается за несколько минут до начала рабочего процесса на фрезерном станке;
- Контактная подача — СОЖ направляется непосредственно на резательную часть инструмента или на заготовку.
Важно отметить, что мелкие частицы грязи и пыли, оседающие в рабочей зоне, могут негативно влиять на эффективность форсунок подачи жидкости. Это ведет к засорению системы, что, в свою очередь, ухудшает качество металлоконструкций. Для предотвращения подобных проблем необходимо регулярно фильтровать охлаждающую жидкость, чтобы избежать воспроизводства микроорганизмов, гниения, коррозионных повреждений, а также неприятных запахов и прочих негативных последствий.
Масляные СОЖ
Масляные смазочные материалы представляют собой чистые минеральные масла (с вязкостью от 2 до 40 мм²/с при 50°C), либо масла с дополнительными функциональными присадками (например, антикоррозионными, для высоких давлений и фрикционных). Они производятся на основе нефтепродуктов и, следовательно, классифицируются как легковоспламеняющиеся жидкости.
Хотя масляные СОЖ обладают отличными смазывающими свойствами, при этом у них есть и недостатки: невысокая охлаждающая способность, высокая летучесть и пожароопасность. Эти жидкости не требуют особой подготовки и поставляются готовыми к использованию.
Выбор и применение СОЖ на масляной основе
Хладагенты на масляной основе характеризуются плотностью, вязкостью и температурой вспышки — именно эти параметры следует учитывать при выборе конкретного типа масла. Обычно они применяются в высокопроизводительных металлорежущих станках с низкой скоростью привода и большой глубиной резания. Эмульсии, основанные на минеральном масле, часто используются для процессов заточки, сверления и расточки, а также в случаях, когда герметизация станка не позволяет применять водорастворимые продукты.
Чистые минеральные масла без каких-либо добавок имеют довольно ограниченную область использования, их применяют преимущественно в простых работах с цветными металлами (такими как латунь, медь, бронза), а также с углеродистыми сталями и чугуном. Более сложные СОЖ с различными добавками на масляной основе подходят для работы с трудными для обработки материалами.
При выборе между различными марками охлаждающих жидкостей, обладающими схожими характеристиками, эксперты рекомендуют ориентироваться на продукты, отвечающие следующим критериям:
- Высшая прозрачность для наиболее комфортного обзора рабочей зоны;
- Отсутствие масляного тумана и безопасность для персонала;
- Отсутствие в составе хлора, наряду с высокими смазывающими свойствами и обеспечением необходимого качества обработки.
Синтетические и полусинтетические СОЖ
Смешанные с водой охлаждающие жидкости включают в себя различные органические и неорганические компоненты, такие как спирты, вода, электролиты, эмульгаторы, биоциды и ингибиторы коррозии, а также добавки для работы под высоким давлением.
Преимущества данного типа эмульсий заключаются в их низкой цене, простоте одержания рабочих эмульсий, низком риске возгорания и хороших охлаждающих свойствах. Однако среди недостатков выделяют высокую степень биозагрязнения микроорганизмами, образование пены и необходимость дополнительных затрат на утилизацию.
Классификация водорастворимых СОЖ
Эмульсии, которые смешаны с водой, поставляются в виде концентратов, необходимым образом разводимых для получения рабочих эмульсий. Ключевым условием для получения качественного продукта является правильное смешивание концентрата с водой — его добавляют в воду и тщательно перемешивают.
Данная группа включает три основных типа охлаждающих жидкостей, различающихся по степени дисперсии основного компонента:
- Эмульсионные: грубодисперсные продукты, образующиеся при разбавлении водой эмульсолов, которые могут содержать до 85% минеральных масел. Смесители эмульсол в пропорции 5-30% образуют белую эмульсию с высокими смазывающими свойствами.
- Полусинтетические: это концентрированные продукты с коллоидной дисперсией, содержащие до 50% минеральных масел. Рабочий полупрозрачный раствор, получаемый при смешивании с водой в концентрации 1-10%, также демонстрирует хорошие смазывающие и охлаждающие свойства.
- Синтетические: это концентраты, не содержащие масел, с молекулярной степенью дисперсности. Основные компоненты включают поверхностно-активные вещества (ПАВ), воду, водорастворимые полимеры и специальные присадки. Рабочий раствор в концентрации 1-10% отличается высокими охлаждающими свойствами.
Состав и характеристики СОЖ на водной основе
Водорастворимые СОЖ обладают превосходными охлаждающими свойствами, что делает их идеальными для высокоскоростной обработки металлов. Они также позволяют готовить рабочие растворы с различной концентрацией, что расширяет области применения данного типа эмульсий в процессе металлообработки.
Таким образом, одна и та же марка смазочно-охлаждающей жидкости может использоваться для черновых операций с концентрацией 2-5% и для особенно сложных операций (например, глубокое сверление, растачивание и т.д.) — повышенной концентрацией, достигающей 8%. Для шлифовальных операций предпочтение отдается синтетическим смазочно-охлаждающим жидам с низкой концентрацией, обычно в диапазоне 1,5-2,5%.
Рекомендуемые концентрации для различных типов смазочно-охлаждающих жидкостей указаны в технической документации со стороны производителей. Четкое соблюдение этих дозировок обеспечивает стабильность готовой СОЖ и более эффективное выполнение обработки металлов.
Выбор и применение СОЖ
Основные области применения СОЖ охватывают токарную и фрезерную обработки металлов. Эмульсионные жидкости для металлургии подбираются с учетом конкретных условий производства, таких как тип оборудования, используемые инструменты, выполняемые технологические операции, тип заготовки и способ применения рабочей эмульсии.
СОЖ для токарных станков — какую выбрать?
Точного ответа на вопрос о том, какая СОЖ наиболее подходит для токарной обработки, не существует: выбор должен осуществляться с учетом режимов работы, скорости и характеристик обрабатываемого металла.
При высокоскоростном точении рекомендуется использовать СОЖ, обладающую повышенными теплоотводящими и трение-уменьшающими свойствами.
При обработке нержавеющих материалов, для предотвращения коррозии инструментов и оборудования, следует добавлять специальные присадки в концентрацию смазочно-охлаждающей жидкости, эмульсии или эмульсии для токарных станков.
Эмульсии для токарных станков, предназначенные для обработки твердых сплавов, должны включать элементы, способные работать под экстремальными давлениями.
Как выбрать СОЖ для фрезерования?
Требования к охлаждающим жидкостям на фрезерных станках зависят от процесса резания, инструмента и материала заготовки. Например:
- При использовании фрез с твердосплавными пластинами необходимо комбинировать высокие смазочные свойства с низкими охлаждающими свойствами, поскольку фрезерование — это прерывистый процесс, и избыточное охлаждение зоны резания может приводить к образованию термических трещин на режущих кромках инструмента из-за резких перепадов температуры;
- При обработке деталей из алюминия и нержавеющей стали рекомендуется использовать СОЖ с антизадирными добавками для улучшения качества обработки поверхностей.
Особенности выбора СОЖ для шлифовальных станков
Смазочно-охлаждающие жидкости, предназначенные для шлифования металлов, должны соответствовать повышенным требованиям безопасности отогрева, содержанию пены и тумана, а также отсутствию опасных для здоровья веществ.
При выполнении операций шлифования в рабочей зоне накапливается большое количество стружки и шлифовальной пыли, что может привести к появлению царапин на обрабатываемых поверхностях. Поэтому для обеспечения высокого качества деталей необходимо выбирать СОЖ с улучшенными моющими свойствами.
СОЖ для сверления
При выборе охлаждающей жидкости для сверлильного станка следует учитывать глубину отверстий: жидкости для сверления глубоких отверстий должны обладать увеличенными теплоотводящими и фрикционными свойствами.
Чтобы улучшить качество обработки поверхностей отверстий, создаваемых в нержавеющей стали, СОЖ должна включать компоненты, которые предотвращают прилипание металла к сверлу.
Одним из ключевых требований к СОЖ при работе с твердосплавными сверлами является наличие в их составе присадок, способствующих предотвращению истощения кобальта.
СОЖ для обработки металлов давлением
Выбор СОЖ для обработки металлов давлением должен учитывать особенности технологического процесса, таких как давление и тип обработки (горячая или холодная штамповка).
Как приготовить СОЖ своими руками?
Для изготовления эмульсии необходимо иметь такие компоненты:
- жидкое мыло;
- кальцинированная сода;
- керосин;
- подсолнечное масло;
- отбеливатель;
- теплая вода;
- моющее средство для посуды;
- емкость для смешивания и варки;
- электрическая плитка.
Жидкое мыло смешивается с подсолнечным маслом, парафином и пекарским порошком. Ингредиенты следует взять в равных пропорциях и соединить в емкости объемом не менее 10 литров. В раствор добавляют небольшое количество отбеливателя и жидкости для мытья посуды.
Эту смесь необходимо вылить в емкость с горячей водой до момента ее полного заполнения. Далее, нагревать жидкость до температуры 90°C на плите, постоянно помешивая.
По окончании данного процесса получится концентрированная смесь, которую далее разбавляют водой в соотношении 1:3.
Правила применения
Для достижения максимальной эффективности от использования охлаждающих жидкостей рекомендуется соблюдать несколько определенных правил:
- Выбор расхода охлаждающей жидкости следует делать не менее 10-15 л/мин;
- Жидкость следует направлять на участок с максимальным выделением тепла;
- Подача СОЖ начинается с момента старта токарной обработки, так как резкое охлаждение перегретого инструмента может привести к образованию трещин;
- При работе с труднорежещими материалами жидкость подается тонкой струей с задней стороны резца;
- Смазочные материалы, используемые для оборудования, должны быть совместимы с СОЖ;
- Перед началом работы на станке следует проверить концентрацию жидкости;
- Концентрат СОЖ необходимо хранить в закрытых помещениях с хорошей вентиляцией при температуре от 50 до 400°C. Замораживание недопустимо, также не следует использовать емкости с гальваническим покрытием внутри.
К тому же, не стоит пользоваться охлаждающей жидкостью на хрупких материалах, производящих мелкие осколки, чтобы не спровоцировать преждевременный износ станка.
СОЖ при правильном применении положительно влияют на производительность процесса и защищают токарное оборудование и заготовки от перегрева и деформации.
Каждый тип охлаждающей жидкости обладает определенными параметрами и свойствами, которые необходимо учитывать при ее грамотном использовании.
Сравнение сухой и мокрой обработки
| Параметры | Сухая обработка | Мокрая обработка |
| Режущая жидкость | Не используется | Используется |
| Коррозионная стойкость | Хорошая, так как не используется жидкость | Зависит от используемой СОЖ |
| Срок службы инструмента | Короткий | Увеличенный срок службы инструмента |
| Возможности обработки | Легкие операции | Легкие и тяжелые операции обработки |
| Риск перегрева | Высокий | Низкий |
| Качество поверхности | Присутствуют пригары или следы окисления на обработанной поверхности | Высокая чистота поверхности |
| Применение | Обработка дерева, пластмасс и мягких металлов | Обработка твердых металлов |
Обычно операции механической обработки предполагают, что происходит контакт режущего инструмента с заготовкой на высокой скорости, вытесняющей материал с поверхности.
В процессе такого контакта зачастую выделяется тепло от трения, что может быть причиной повреждения как заготовки, так и режущего инструмента.
Кроме того, количество выделяемого тепла зависит от обрабатываемого материала, используемого режущего инструмента, скорости, величины подачи и глубины резания в процессе обработки.
Обработка таких мягких материалов, как дерево, пластмассы, требует сравнительно небольших усилий резания, что, в свою очередь, приводит к меньшему выделению тепла.
Эти операции не требуют использования охлаждающей жидкости для поглощения тепла, поэтому они и называются сухими обработками.
Сухая обработка кажется вполне подходящей для обработки мягких материалов с низкими и средними параметрами резания.
К тому же, металлические детали могут подвергаться сухой обработке специальными режущими инструментами, например, керамическими, чтобы свести к минимуму нагрев от трения без применения охлаждающих жидкостей.
С другой стороны, металлы такие как высокопрочные и жаропрочные сплавы требуют значительных усилий резания, которые могут выделять огромное количество тепла, что приводит к износу инструмента и повышенной пожарной опасности.
Таким образом, использование охлаждающей жидкости для контроля температуры резания становится критически важным.
Данный процесс принято называть мокрой обработкой.
Это более предпочтительный вариант для тяжелых работ, который минимизирует выделение тепла, тем самым предотвращая риски перегрева и возникновения шрамов на поверхности заготовки.
Ответы на часто задаваемые вопросы:
Безопасно ли использование охлаждающих жидкостей на водной основе?
Да, использование охлаждающих жидкостей на водной основе считается безопасным, если они содержат добавки, предотвращающие коррозию. Большинство современных токарных станков оптимизированы для работы с охлаждающими жидкостями на водной основе, которые в своем составе содержат химические добавки, обеспечивающие защиту материала от коррозии, а также предохраняющие оборудование и заготовки от коррозии.
Как можно уменьшить нагрев в зоне резания токарных станков по дереву без СОЖ?
Нагрев от трения на токарных станках по дереву можно значительно снизить, применяя острые режущие инструменты. Острая режущая кромка легче скользит по материалу и генерирует минимум тепла во время работы.
Требуется ли токарным станкам с ЧПУ специальная охлаждающая жидкость?
Нет, для токарных станков с ЧПУ можно использовать обычные охлаждающие жидкости.
Тем не менее, в токарных станках с ЧПУ часто используются специализированные системы подачи, которые управляются автоматически во время работы. Более того, некоторые токарные станки с ЧПУ, как, например, токарные станки швейцарского типа, корректны только с чисто масляными охлаждающими жидкостями.
Заключение:
Однофланцевые инструменты в основном предназначены для токарной обработки, которая зачастую не требует использования СОЖ для стандартной обработки неметаллических материалов и мягких металлов.
Однако в случае регулярной обработки тяжелых металлических деталей применение охлаждающей жидкости крайне желательно.
Системы распыления и заливки СОЖ часто проявляют свою эффективность, но в случаях обработки высокопрочных и жаростойких металлов настоятельно рекомендуется использовать прецизионные системы СОЖ для достижения максимального увеличения производительности инструмента и получения чистых резов.
Кроме того, для обработки легких металлов на токарном станке можно также воспользоваться спреем WD-40 или распылителем охлаждающей жидкости, что позволит регулировать температуру и продлить срок службы инструмента.
Если информация из этой статьи оказалась для вас полезной, пожалуйста, поделитесь ей с друзьями и оставьте комментарий!
