Informacje ogólne

Drukuj

CIECZE OBRÓBKOWE

1. RODZAJE OBRÓBKI MECHANICZNEJ

W procesach wytwarzania elementów maszyn stosuje się często obróbkę ubytkową, gdzie wymagane wymiary uzyskuje się poprzez „zdejmowanie" nadwyżki materiału. Może to być obróbka wiórowa (rys. 1), taka jak to­czenie, frezowanie, wiercenie, dłutowanie czy struganie, gdzie materiał skra­wany jest przez narzędzie o określonej geometrii lub też obróbka ścierna (rys. 2), jak szlifowanie, gładzenie, polerowanie, docieranie itp. W tym dru­gim przypadku skrawanie odbywa się za pomocą wielu ziarn ściernych (wielo­ostrzowych) o bliżej nieokreślonej geometrii, umocowanych np. w ściernicy.

Podczas procesu skrawania wydziela się duża ilość ciepła, dlatego stosuje się specjalne ciecze chłodzące, które spełniają też funkcje smarowe i ochron­ne (np. przed korozją).

Oprócz obróbki ubytkowej formowanie kształtu elementów maszyn i urządzeń odbywa się również przez obróbkę plastyczną, np. tzw. wytłaczanie (rys. 3). Zastosowanie w tego rodzaju operacjach cieczy pozwala na zmniejszenie oporów tarcia podczas obróbki oraz na odprowadzenie ciepła tarcia generowanego procesem odkształcenia plastycznego.

Dobre rezultaty osiąga się wtedy, kiedy oddziaływania mechaniczne przy skrawaniu połączy się z destrukcyjnym działaniem energii innych procesów fizycznych lub elektrochemicznych. Ciecze stosowane np. podczas tzw. ob­róbki elektro iskrowej czy anodowo-mechanicznej muszą mieć specyficzne własności.

W kolejnych podrozdziałach omówiono:

-          ciecze chłodząco-smarujące stosowane do obróbki ubytkowej,

-          ciecze robocze używane podczas obróbki plastycznej oraz

-          ciecze robocze do obróbek specjalnych.

Najszerszą grupę stanowią ciecze chłodząco-smarujące stosowane w trak­cie obróbki ubytkowej i im właśnie poświęcono więcej uwagi.


image001

rRys.1 . Przykłady obróbki wiórowej: a) toczenie, b) frezowanie, c) rozwiercanie


image002

Rys. 2. Szlifowanie: a) płaszczyzn, b) brył (zewnętrzne), c) brył (wewnętrzne)


image003

 

 

Rys. 3. Schemat obróbki plastycznej – wytłaczania ( 1 – formowana płytka, 2 – stempel,  3 – dociskacz, 4 – matryca)




 

2. CIECZE CHŁODZĄCO-SMARUJĄCE

 

2.1. Charakterystyka ogólna

 

Bilans ciepła podczas procesu skrawania przedstawiono na rys. 12.4. Jeśli skrawany materiał posiada dobrą przewodność cieplną (właściwą metalom), to wtedy około 80% energii cieplnej powstałej podczas obróbki odprowadza wiór. W niektórych przypadkach, gdy obróbce skrawaniem podlegają materiały o złej przewodności cieplnej (np. stale chromowo-niklowe, tworzywa sztuczne) bilans jest mniej korzystny - wtedy większa część ciepła przejmowana jest przez na­rzędzie i materiał obrabiany.

 

image004

Rys.  4. Bilans ciepła podczas procesu skrawania.

 

W każdym przypadku konieczne jest chłodzenie strefy skrawania (zakres temperatur - rys. 12.5), zwiększa to bowiem trwałość narzędzia i chroni element obrabiany przed utratą własności funkcjonalnych. Najczęściej chłodziwo podaje się zewnętrznie do strefy skrawania, chociaż w niektórych przypadkach konieczne jest chłodzenie wewnętrzne - poprzez kanały w narzędziach skrawających.

Powszechnie w procesach obróbki mechanicznej stosuje się:

a)oleje obróbkowe,

b)emulsje do obróbki metali,

c)mikroemulsje,

d)ciecze syntetyczne (roztwory substancji chemicznych),

e)pasty obróbkowe,

f)  gazy,

g)inne środki specjalne, jak np. roztopione metale, sole itp.


image005


Rys. 5. Rozkład temperatury podczas procesu skrawania


 

Oleje obróbkowe (mineralne, zwierzęce, roślinne, niekiedy syntetyczne) stosuje się wtedy, gdy wymagana jest duża dokładność obróbki. Zawierają one dodatki smarnościowe, inhibitory korozji i utleniania. Ich wadąjest małe ciepło właściwe, co powoduje wolniejsze chłodzenie strefy skrawania. Oleje te stosuje się w postaci gotowej, w odróżnieniu od emulsji czy mikroemulsji, które przy­gotowuje się z koncentratów.

 

Emulsje olejowe zawierają najczęściej 2-8% (v/v) oleju emulgującego. Wielkość cząsteczek mieści się w przedziale 0,1 do 20 |im. Ze względu na dużą zawartość wody mają dobre własności chłodzące. Znajdują zastosowanie przy obróbce z dużymi prędkościami, przy niewielkich obciążeniach w strefie styku.

 

Mikroemulsje (pseudoemulsje) to emulsje tak dobrze zdyspergowane, że tworzą mieszaninę zbliżoną do roztworu molekularnego (rzeczywistego). Roz­miary cząsteczek wynoszą od 0,01 do 0,1 p.m. W stosunku do zwykłych emulsji olejowych mikroemulsje lepiej chłodzą i smarują oraz wykazują większą trwa­łość eksploatacyjną.

 

Syntetyczne ciecze obróbkowe (roztwory substancji chemicznych) nie za­wierają oleju mineralnego. Wielkość cząsteczek wynosi od 0,001 do 0,01 (im. Cechuje je obok dobrych cech podstawowych (chłodzenia i smarowania) rów­nież wysoka stabilność eksploatacyjna.


 

2.2. Klasyfikacja cieczy obróbkowych

 

Klasyfikacja ISO 6743/7 dzieli ciecze obróbkowe oznaczone M (od ang. Metalworking) na 17 klas. Druga litera po „M" oznacza przyporządkowanie do podgrupy: H - gdy wymagane jest głównie smarowanie, A - gdy ciecz obrób­kowa winna głównie chłodzić. Trzecia litera precyzuje rodzaj cieczy obróbkowej

 

(patrz tabela 1).

 

 

 

 

 

 

Tabela 1. Uproszczona klasyfikacja cieczy obróbkowych grupy L-M wg ISO

 

Kod literowy

Wyróżniające właściwości

Zakres zastosowania

Objaśnienia

MHA

Przeciwkorozyjne

Operacje wymagające głównie smarowa-

Ciecze       obróbkowe,     używane

MHB

Jak MHA oraz zmniejszające tarcie

nia.

w stanie nie rozcieńczonym, mogą

MHC

Jak MHA oraz poprawione właściwości EP, chemicznie nieaktywne

Obróbka     metali:   skrawaniem,   ścierna.

zawierać inhibitory utlenienia lub

MHD

Jak MHA oraz poprawione właściwości EP, chemicznie aktywne

elektroerozyjna,     tłoczenie,     ciągnienie,

wypełniacze     dla     szczególnych

MHE

Jak MHB oraz poprawione właściwości EP, chemicznie nieaktywne

cięcie, wyciskanie, walcowanie na zimno

operacji kształtowania

MHF

Jak MHB oraz poprawione właściwości EP, chemicznie aktywne

   

MHG

Smary, pasty, woski stosowane w stanie pierwotnym lub rozcieńczane cieczą typu MHA

 

Dla niektórych zastosowań mogą zawierać wypełniacze

MHH

Mydła, proszki, stałe środki smarowe oraz ich mieszaniny

 

Stosowane bez rozcieńczenia

MAA

Koncentraty, tworzące z wodą mleczne emulsje o właściwościach przeci wkorozyj nych

Operacje wymagające głównie chłodzenia. Obróbka metali: skrawaniem, ścierna, tło-

 

MAB

Koncentraty rodzaju MAA, mające właściwości zmniejszania tarcia

czenie, kucie, ciągnienie, cięcie, wyciska-

 

MAC

Koncentraty rodzaju MAB, mające podwyższone właściwości EP

nie, walcowanie na zimno i na gorąco

 

MAD

Koncentraty rodzaju MAB, mające podwyższone właściwości EP

   

MAE

Koncentraty, tworzące z wodą mikroemulsje, mające właściwości przeciwkorozyjne

 

W czasie eksploatacji emulsje te mogą być nieprzezroczyste

MAF

Koncentraty rodzaju MAE mające właściwości zmniejszania tarcia i podwyższone właściwości EP

   

MAG

Koncentraty tworzące z wodą przezroczyste roztwory mające właści­wości przeciwkorozyjne

 

Dla niektórych zastosowań mogą zawierać wypełniacze

MAH

Koncentraty rodzaju MAG mające właściwości zmniejszania tarcia i/łub podwyższone właściwości EP

   

MAI

Smary i pasty, stosowane w postaci mieszaniny z wodą

   

 

 

W Polsce stosuje się nadal klasyfikację wg DIN 51 385 (tabela 2). Tabela .2. Klasyfikacja cieczy obróbkowych wg DIN 51 385 [192]

 

Nr

Nazwa

Ozna­czenie

Określenie

0

Ciecze chłodząco-smarujące

S

Substancje do chłodzenia, smarowania i częścio­wego oddzielania, stosowane w obróbce materiałów

1

Nie mieszające się z wodą

SN

Do stosowania bez mieszania z wodą (oleje obrób­kowe)

2

Mieszające się z wodą

SE

Do stosowania po zmieszaniu z wodą (koncentraty)

2.1

Posiadające   tendencję   do

emulgowania

SEM

Mogące   tworzyć   niejednorodną emulsję     układu woda-olej (koncentraty)

2.2

Emulgujące

SES

Mogące tworzyć jednorodną emulsję układu woda--olej (koncentraty)

2.3

Rozpuszczalne w wodzie

 

Zdolne tworzyć z wodą mieszaniny i roztwory, przy czym, obok właściwych roztworów mogą powsta­wać mikroemulsje

3

Zawierające wodę

SEW

Mieszaniny z wodą (gotowe do stosowania)

3.1

Emulsje typu olej w wodzie

SEMW

Emulsja zmieszana z wodą (gotowa do natychmia­stowego stosowania)

3.2

Emulsje typu woda w oleju

SESW

Emulsja zmieszana z wodą (gotowa do natychmia­stowego stosowania)

3.3

Roztwory

Roztwór     wodny (gotowy     do   natychmiastowego stosowania)

2.3. Specyfika eksploatacji cieczy chłodząco-smarujących

Specyfiką użytkowania chłodziw jest to, że często rozwijają się w nich mi­kroorganizmy. Warunkiem niezbędnym do ich rozwoju jest obecność wody oraz węglowodorów (lub innych substancji organicznych, jak np. tłuszcze, estry itp.). Rozwijają się więc aktywnie w emulsjach wodno-olejowych, powolnie zaś w syntetycznych cieczach obróbkowych.

Najczęściej są to różnego rodzaju bakterie, grzyby sitkowe, grzyby ple­śniowe i drożdże. Rozwój mikroorganizmów, szczególnie intensywny, następuje w przedziale temperatury 20-30°C oraz przy pH - 6-^9. Dla rozwoju bakterii sprzyjający jest górny zakres pH, dla grzybów - dolny. Dla większości cieczy obróbkowych zawierających wodę poziom pH powinien być > 9, gdyż wtedy rozwój mikroorganizmów jest powolny.

Źródła zakażenia chłodziw są następujące:

a) woda stosowana do sporządzania emulsji (w wodzie pitnej znajduje się do 102kolonii/mililitr),

b) zarodniki znajdujące się w powietrzu,

c) brud i zanieczyszczenia przedostające się do układu z obrabianych elementów,

d) skupiska osadów, gromadzące się w martwych przestrzeniach układu chło­dzenia.

 

Skutki rozwoju mikroorganizmów w chłodziwach są zdecydowanie nega­tywne: pogarszają one własności użytkowe, utrudniają eksploatację (zapychanie się filtrów), powodują wydzielanie nieprzyjemnego zapachu, wywołują uczule­nia i infekcje wśród pracowników.

Niezbędna jest kontrola stanu chłodziw podczas użytkowania. Kontroluje się pH, mierzy współczynnik załamania światła i inne cechy. W razie potrzeby wprowadza się do obiegu dodatkowe porcje biocydu, tj. substancji hamującej rozwój życia biologicznego na poziomie bezpiecznym dla własności użytko­wych chłodziwa. Poziom taki na rys. 6 wyznacza prosta l. Chłodziwo z okre­sowo dawkowanym biocydem charakteryzuje krzywa 3, Powolny rozwój życia biologicznego i stabilizację na bezpiecznym poziomie wykazuje chłodziwo bio-stabilne 4.

image006


 

Rys. 6. Porównanie stabilności mikrobiologicznej różnych rodzajów chłodziw (l - poziom bezpieczny, 2 - chłodziwo klasyczne bez dodawania biocydu, 3 - chłodziwo klasyczne z dodawaniem biocydów, 4 - chłodziwo biostabilne w postaci mikroemulsji)


 

| + -
Joomla! is Free Software released under the GNU/GPL License.