При обработке металлов резанием или пластическим деформированием происходит выделение большого количества теплоты. В результате нагревания рабочего инструмента и поверхности заготовки ухудшается качество обработки, повышается износ дорогостоящего инструмента и оснастки, изменяется структура поверхностных слоев металла заготовки. Это, в свою очередь приводит к снижению рабочих свойств и качеству конечных изделий.
Для предотвращения перечисленных проявлений и повышения качества обработки поверхности заготовки применяют специальные охлаждающие технические средства — СОТС.
По агрегатному состоянию СОТС делятся на газообразные, жидкие, твердые.
Наибольшее распространение получили жидкие СОТС — смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).
Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) – специальная субстанция, используемая при работе станков по обработке металла. Каждый технологический процесс токарного или фрезерного станка сопровождается трением, которое может привести к деформации обрабатываемой детали, поломке дорогостоящего станка или его части, изменению механических свойств металла.
Основное предназначение СОЖ для металлообработки — разделение поверхностей, подвергающихся трению, и снижение температуры инструмента. Эта жидкость образует смазочную пленку на рабочих поверхностях, которая снижает силу трения и силу, необходимую для резания. Введение в состав продукта особых присадок упрощают процесс резания – молекулы жидкости быстро проникают в микротрещины на поверхности металла и как бы вбивают клин между его частицами.
Состав СОЖ (СОТС)
Состав рецептуры большинства СОЖ для металлообработки примерно одинаков. В продуктах разных производителей и названий меняется лишь концентрация того или иного вещества или присадка, нужная конкретному процессу или металлу.
Эффективная СОЖ для станков включает в себя:
смазки из натуральных или синтетических масел,
присадки, обладающие различными эксплуатационными свойствами,
вещества, препятствующие расслоению смазочно-охлаждающих жидкостей на фракции,
антикоррозионные и износоснижающие компоненты,
добавки, снижающие пенообразование и агрессивность по отношению к обрабатываемым металлам.
Присадки в составе СОЖ для станков
Присадки – важная составляющая СОЖ для металлообработки. Имея совсем небольшую концентрацию, они позволяют значительно улучшить качество и эффективность работы с металлом.
Присадки различного назначения выполняют несколько важных функций:
повышают стойкость металлов к коррозии,
противодействуют износу благодаря снижению износа рабочих поверхностей инструмента,
не дают образовываться задирам на поверхности металлической заготовки в процессе обработки,
предотвращают образование пены, снижающей качество СОЖ, и появление масляного тумана, который вредно действует на кожу и дыхательные органы рабочего персонала.
Функции СОЖ для станков:
охлаждение режущего инструмента, нагревающегося при работе, и увеличение его срока службы,
повышение качества обработки поверхности металла,
удаление с рабочих поверхностей пыли, грязи, металлической стружки и т. д.,
смазывание зоны трения для повышения ресурса резцов, снижения коэффициента трения и выделения теплоты.
повышение производительности станка за счет увеличения скорости, улучшения качества и точности обработки.
Классификация СОЖ
К каждому технологическому процессу нужна СОЖ, свойства которой максимально будут отвечать специфике материала и характеристикам станка.
Обычно в металлообрабатывающем производстве используется несколько видов СОЖ для металлообработки:
масляная СОЖ. Ее основа – минеральное или синтетическое масло. Для получения особых свойств жидкости в состав вводят присадки. Такие СОЖ отлично смазывают поверхности, но плохо снижают температуру, поэтому используются для мягких металлов при несложных работах.
водосмешиваемая СОЖ – в составе этих жидкостей могут быть спирты, эмульгаторы, масла, электролиты, присадки и т. д. Хорошо охлаждает инструменты и металлы, но обладают скромными смазывающими характеристиками,
минеральная СОЖ – производится из нефтяных продуктов, используется преимущественно для работы фрезерных и токарных станков для резания стали,
синтетическая и полусинтетическая СОЖ – эти виды смазочно-охлаждающих жидкостей изготавливаются на основе смеси водорастворимых полмиров с добавлением поверхностно-активных веществ, ингибиторов, биоцидов и т.д.
эмульсии СОЖ – составы с большей, по сравнению с водосмешиваемыми, концентрацией дисперсных компонентов. Такие жидкости имеют отличные смазывающие и противоизносные характеристики.
Кроме состава, СОЖ можно классифицировать и по другим критериям, например:
по способу приготовления или составления рабочей жидкости различают эмульсолы – готовые жидкости, в составе которых есть присадки, мешающие расслоению, – и концентраты СОЖ, смешиваемые с водой перед использованием для получения эмульсий СОЖ,
масляные СОЖ могут различаться по вязкости, температуре вспышки, кислотному числу и т.д.
Отметим самые распространенные смазочно-охлаждающие жидкости для различных операций резания при работах на токарных станках:
полуторапроцентный раствор кальцинированной соды в кипяченой воде (для чернового обтачивания),
вода, тринатрийфосфат и тринит натрия – повышает антикоррозийную стойкость,
вода, эмульсол и сода – обеспечивает обтачивание высокого качества,
масло (индустриальное и льняное) и керосин – для высокоточной работы дорогостоящими резцами,
сульфофрезол и керосин – для глубокого сверления металла,
керосин – при работе с алюминием и его сплавами.
Обработка металла давлением также требует применения СОЖ для металлообработки, но такие материалы должны обладать особыми свойствами. Металлообработка давлением характеризуется значительными усилиями и невысокой скоростью скольжения между деталью и инструментом, поэтому СОЖ должна быть достаточно вязкой, стойкой к расслоению при высоких температурах. Зачастую в составе таких жидкостей содержится тонкочешуйчатый графит, который минимизирует трение в зоне пластической деформации.
Особые смазочно-охлаждающие материалы применяются также при работе с алюминием и его сплавами. Этот металл имеет свойство налипать на поверхности режущего инструмента, с которыми соприкасается. По этой причине СОЖ для алюминия должны обеспечивать высокое качество чистовой обработки заготовки. При работе с алюминием обычно используются эмульсии СОЖ на основе жирных кислот и вещества с этиленгликолем или глицерином.
Как правильно эксплуатировать СОЖ для станков
1. Определить рабочий металл и его особенности. Каждый металл или сплав имеет свои специфические особенности в обработке, что влечет за собой тщательный подбор СОЖ. Жидкость, подходящая для стали, будет неэффективна при работе с алюминием и т. д.
2. Выбрать концентрацию СОЖ. Низкая концентрация ухудшит производительность станка, а слишком высокая может навредить здоровью работников и привести к вспениванию жидкости. Необходимая концентрация достигается путем добавления в воду небольшими порциями концентрата СОЖ при тщательном перемешивании.
3. Следить за совместимостью смазки станка и СОЖ.
4. Контролировать расход эмульсии СОЖ — он должен быть не меньше 10-15 литров в минуту (независимо от состава).
5. Использовать эмульсию СОЖ сразу же, в начале работы, не дожидаясь, пока резец нагреется,
6. Подавать СОЖ в места максимально высокой температуры – туда, где идет процесс образования стружки.
7. Не применять СОЖ для обработки хрупких металлов – мелкая крошка этих материалов, смешиваясь с СОЖ, забивается в узлы и агрегаты, тем самым портя дорогое оборудование.
Перед применением готовая жидкость или концентрат СОЖ тщательно перемешивается с водой, при этом необходимо концентрат СОЖ добавлять небольшими порциями в воду. Если добавлять в обратной последовательности – воду вливать в концентрат СОЖ, – то эмульсия может не получиться из-за расслоения жидкостей, образования крупных капель нерастворившегося концентрата.
Необходимо проанализировать состав (рецептура каждой СОЖ должна соответствовать ГОСТу), ввести присадки при необходимости и заправить в аппарат непрерывной подачи. Хранение возможно в специальных емкостях при установленных температуре и влажности. После работы эмульсию СОЖ нужно очищать от загрязнений, а жидкости, не подлежащие очистке, утилизируют по правилам производства.