Охлаждащите течности (режещи течности) са специални химични съединения, които се използват в различни металообработващи операции за охлаждане, смазване и почистване на инструменти и части.
Те са неразделна част от съвременните производствени процеси, тъй като осигуряват висока ефективност на работа, подобряват качеството на продуктите и намаляват износването на оборудването.
В състава на СОТ влизат различни компоненти, които изпълняват различни функции. Ще ги разгледаме подробно.
Какво влиза в състава на СОТ?
Преди да започнете да разбирате от какво се състои охлаждащата течност, струва си да се отбележи, че те са разделени на две големи групи: маслени и смесвани с вода. Първите, както подсказва името, са минерални, по-рядко синтетични масла - чисти или с добавки.
Смесващите се с вода флуиди за рязане са концентрати, които се разреждат с вода. Те съдържат различни количества масло или изобщо не съдържат масло, в зависимост от вида. Така емулсионните течности могат да се състоят от 85% компоненти от петролен произход, полусинтетичните включват до 50% от тези вещества, а синтетичните, като правило, имат състав без масло.
Колкото по-висок е процентът масло в охлаждащата течност, толкова по-запалима е тя, толкова по-висока е нейната летливост и толкова по-лоша е охлаждащата ѝ способност. Въпреки това, този тип течност също несъмнено има предимства: те имат отлични смазочни и антикорозионни свойства.
Водата е основен компонент на всички водосмесими концентрирани флуиди за рязане. Тя осигурява охлаждане на инструменти и части, а също така осигурява среда за разтваряне на други елементи.
Освен вода и базови масла, в състава СОТ за металообработка могат да влизат:
- Емулгатори
- Инхибитори на корозия
- Присадки: противоизносни, противозадирни, антифрикционни
- Пеногасители
- Биоциди
Сега за всеки компонент отделно.
Базово масло
За производство на СОТ може да се използват различни видове масла – всичко зависи от изискваните свойства и характеристики на течностите.
Най-разпространени са минералните масла. Те притежават добри смазващи свойства и достъпна цена.
Синтетичните масла рядко се използват в охлаждащите течности за машинни инструменти. Това не е икономически осъществимо. Да, тяхната смазка и стабилност са много по-добри от минералните, но предвид високата консумация на течност е по-оправдано да се създаде на маслена основа.
Полусинтетичните режещи течности могат да съдържат етерични масла. Течностите на базата на полиестер имат ниска летливост, отлична топлоустойчивост и антифрикционни свойства.
При производство на смазочно-охлаждащи течности се използват и технически растителни масла –но не като база, а в ролята на антифрикционни добавки.
Вода
Ефективността на всяка водосмесима течност за рязане до голяма степен зависи от качеството на водата, използвана за нейното приготвяне. Тя трябва да бъде без замърсители и да не е заразена с бактерии.
Най-важният критерий за избор на „правилната“ вода за приготвяне на флуид за рязане е нейната твърдост, т.е. съдържание на разтворени калциеви и магнезиеви соли.
Идеалната твърдост на охлаждащата течност е около 90 ppm (части на милион). Ако тази цифра е по-ниска, т.е. водата е по-мека, разпенването на течността може да се увеличи.
Ако твърдостта на водата надвишава 300 ppm, емулсията ще бъде нестабилна. Причината е химическата реакция на голям брой минерали с емулгатори. В резултат на това антикорозионните свойства на охлаждащата течност се влошават, увеличавайки риска от нейното разлагане, образуването на твърда неразтворима утайка и котлен камък.
Емулгатори
Емулгиращите агенти – това са вещества, отговарящи за стабилността на емулсията. Благодарение на това СОТ не се разслоява на вода и масло.
Повърхностноактивните вещества (ПАВ) действат като емулгатори. Те намаляват повърхностното напрежение на границата между компонентите и по този начин допринасят за тяхното висококачествено смесване.
Освен своята основна функция, емулгаторите изпълняват роля на смазочни вещества и инхибитори на корозия. В състава на концентрата СОТ е до 40 %.
Инхибитори на корозия
Някои вещества в охлаждащата течност могат да имат отрицателен ефект върху металните части и инструментите за тяхната обработка. В резултат на това върху тях се развива корозия.
Това явление може да бъде причинено и от окисляването на маслените течности и появата на продукти от разлагането в тях. Под въздействието на охлаждащата течност металът може да промени своите електрохимични свойства и да се превърне в анод или катод в електрохимична реакция, което ще доведе до стартиране на корозионни процеси.
Специални добавки към охлаждащата течност - инхибитори на корозията - са предназначени да предотвратят това. Това могат да бъдат амини, сулфонати, карбоксилни киселини, борни съединения и др. В някои случаи тяхната роля се играе от добавки, използвани за подобряване на смазочните свойства на течностите: полимерни ненаситени мастни киселини, дисулфиди, аминофосфати.
Присадки
Мастни киселини, естери, полигликоли и други вещества, които образуват защитна мембрана, се въвеждат в охлаждащата течност като добавки против износване (полярни). Благодарение на присъствието им, триенето на металните повърхности една в друга е сведено до минимум, износването им е намалено и броят на дефектните продукти е намален.
Добавките за екстремно налягане помагат да се избегне деформация на метала и заваряване - процеси, които могат да възникнат, когато частите влязат в контакт при голямо натоварване.
Освободената в този случай кинетична енергия предизвиква рязко повишаване на температурата.
Проблемът може да бъде елиминиран чрез въвеждане на фосфати, сяра и хлор в охлаждащата течност (последният обаче не се използва толкова широко в момента поради екологични причини).
Антифрикционните добавки повишават течливостта на охлаждащата течност и подобряват нейните смазочни свойства. В резултат на това течността се разпределя по-добре в работната зона и ефективно намалява триенето на контактните повърхности.
Като антифрикционни добавки обикновено се използват индустриални растителни масла и мазнини (рапично масло, свинска мазнина), мастни киселини и техните естери и полимерни ненаситени мастни киселини. Съдържанието им варира от 5 до 25%.
Пеногасители
Разпенването на охлаждащата течност е нежелана ситуация при всяка металообработваща операция. Обогатеният с въздух състав охлажда значително по-лошо и има намалени миещи и смазващи способности.
Като пеногасители в състава на СОТ се използват силиконови масла, воскови емулсии, калциеви съединения.
Най-често срещаният тип инхибитори на пяната са веществата на основата на силикон. Те имат много ниско повърхностно напрежение и са неразтворими във вода и масло. Когато силиконът влезе в контакт с пяна, той я разрушава, измествайки молекулите на повърхностно активното вещество. Допълнителен ефект може да се постигне чрез използване на по-твърда вода. За да направите това, в него се въвежда калиев ацетат.
Биоциди
Една от често срещаните причини за преждевременно „стареене“ на охлаждащата течност е размножаването на бактерии в нея. Сериозен източник на микробиологично замърсяване е водата, използвана за приготвяне на емулсията. Самият концентрат също така съдържа някои елементи, които допринасят за развитието и храненето на вредни микроорганизми - това са емулгатори, повърхностно активни вещества, стабилизатори, антикорозионни добавки и др.
За да се потисне процеса на бактериално замърсяване на флуидите за рязане, в тях се въвеждат синтетични биоциди - или едновременно с други компоненти по време на производството, или постепенно в процеса на използване на течността.
Принципът на действие на биоцидите е свързан със свойството им да бъдат коагуланти и флокуланти. Коагулацията е образуването на колоидни съединения със замърсители. Външно изглеждат като малки люспи. По време на процеса на флокулация те се сливат помежду си и се утаяват.
Най-често използваните бактерицидни добавки са полиакриломид, акрилова и мета-акрилова киселина, триазин, оксазолидин, пропилей гликол и етилен гликол.
Способи за подаване на СОТ
Ефективността при използване на СОТ силно зависи от способа на подаване в работната зона.
Най-често това става:
- Свободно падащa струя (режим на поливане)
- Чрез дюзи със струя под налягане
- Чрез канали в инструмента под високо налягане
- Чрез метод на разпръскване (MQL)
Режимът на поливане е най-простият и икономичен. Режещата течност просто тече надолу от дюзите под въздействието на гравитацията. Налягането в този случай е 0,03-0,1 MPa.
Охлаждащата течност се подава от дюзи под налягане, когато трябва да се достави до труднодостъпни места - например при пробиване на дълбоки отвори. Стандартното налягане е в диапазона 0,1-2,5 MPa, максималното - 10 MPa. По-добре е да избягвате твърде силен натиск, тъй като ще бъде трудно да контролирате посоката на струята. Освен това течността може да пръска силно.
Не всички инструменти позволяват охлаждащата течност да се подава през канали, тъй като много от тях нямат такива. Този метод най-често се използва при работа с дълбоки отвори, твърди сплави и вискозни метали. Течността се почиства предварително от абразивни частици с помощта на филтри и се доставя в зоната за третиране с помощта на специални патрони.
Най-модерната технология е спрей охладител – MQL. Изключително малки дози течност под формата на аерозол влизат в контактната зона на режещия инструмент и детайла. За този метод се използват главно биоразградими растителни смазочни течности.
Основнота преимущество на MQL – нисък разход на течност и минимум вреда на околната среда при утилизация.
Правила при подбор, приготвяне и експлоатация на СОТ
За да определите, каква СОТ е най-добре да се използва за определяне на операциите, следва да уточните вида и особеностите на метала (сплавта).
Алуминият, например, произвежда много стружки при фрезоване, така че за да се осигури качествена обработка, режещата течност трябва да има високи почистващи свойства. Това изискване се изпълнява от състави на основата на глицерин, етиленгликол или мастни киселини.
При работа с ковък чугун материалът обикновено се охлажда с емулсии, съдържащи антикорозионни добавки. За неръждаема стомана маслените охлаждащи течности с добавки за екстремно налягане са по-подходящи.
Ако режещата течност е представена под формата на концентрат, е необходимо да се определят пропорциите на смесване. Имайте предвид, че охлаждащата течност с твърде ниска концентрация на активното вещество няма да изпълнява функциите си, което ще доведе до намаляване на производителността на машината.
Твърде концентрираните течности могат да образуват пяна и да имат вредно въздействие върху здравето на работниците. Необходимите пропорции са посочени от производителя в техническата документация.
Концентратът на охлаждащата течност се добавя към водата на малки дози и се разбърква старателно. Ако направите обратното, емулсията може да се отдели, което е недопустимо.
В зависимост от свойствата на конкретния метал и спецификата на операцията процентното съдържание на концентрат във вода варира от 3 до 12. За шлайфане например обикновено са достатъчни 3%, а за рязане – над 5%.
Готовата охлаждаща течност се напълва в апарат за непрекъснато подаване в самото начало на работа, без да се чака загряването на инструмента. По време на процеса се контролира дебитът на течността - трябва да бъде най-малко 10-15 литра в минута (независимо от състава).
СОТ се подава в зони с максимално висока температура и там, където се образува метална стружка.
Използването на течност за рязане е ограничено от крехките метали (напр. бронз). По време на тяхната обработка малки стружки се смесват с охлаждаща течност и се вкарват в компонентите на оборудването.
Срок на годност и правила на съхранение на СОТ
Срокът на годност на водосмесими СОТ варира от 6 до 12 месеца. Съхраняване на концентрата в сухо, прохладно, добре вентилирано място.
Контейнерите за съхранение трябва да бъдат правилно етикетирани и добре затворени. Трябва да се инсталира далеч от източници на топлина, пряка слънчева светлина и силни окислители. Контейнерите се проверяват редовно и се почистват при необходимост.
Оптималната температура на съхранение е от +4 до +40 °C. Трябва да се избягва превишаването на неговия обхват: прегряването може да причини нежелани химични реакции, изпаряване на компонентите и нарушаване на стабилността на концентрата.
При много ниски температури водната съставляваща може да замръзне, а самия продукт – да се разслои. След размразяване някои присадки падат, като утайки.
