Процесс металлообработки неотъемлемо связан с сильным трением, которое возникает между заготовкой и инструментом. Особенно это проявляется при токарных и фрезерных работах, когда резец сильно нагревается, при холодном выдавливании, скоростной многопозиционной высадке. Интенсивное трение способствует преждевременному износу инструмента, пластической деформации заготовки, изменению свойств металла вследствие перегрева. Для уменьшения силы трения и понижения температуры необходима специальная смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ).
Параметры классификации смазочно-охлаждающих жидкостей
Общее классифицирование смазочно-охлаждающих жидкостей осуществляется по нескольким основным параметрам:
- По происхождению компонентов. Выпускаются масляные СОЖ, основу которых составляют нефтяные масла, животные или растительные жиры.
- По способу компоновки. Эмульсол – готовый продукт с длительным сроком хранения или технические СОЖ, приготавливаемые непосредственно перед применением из концентрата в соответствии с ГОСТ.
- По отрасли применения. Производится различные виды СОЖ для разных рабочих условий применения. Синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость для операций пластического деформирования, СОЖ для токарных или фрезерных станков.
- По физико-механическим показателям – вязкости, кислотному числу, температуре вспышки. Последняя характеристика обуславливает применение масляных СОЖ для горячей штамповки.
Классификация СОЖ по составу
По составу различают СОЖ следующих видов:
- Масляные – составы из компонентов, которые не смешиваются с водой. Базой масляных СОЖ являются парафиновые, минеральные или нефтяные масла (60-95%). Для усиления эффективности против износа, фрикционности, коррозии в состав включаются различные присадки и ингибиторы. Масляные СОЖ обладают отличными смазывающими свойствами. Используются для мягких металлов при простых режимах работы.
- Минеральные – основа производится из нефти методом каталитического гидрирования. Для повышения эффективности в состав включаются присадки из жиров, хлора, серы, соединений фосфора. Эти составы применяются при таких видах металлообработки, как: резание стали, алюминия, латуни, резьбонарезные работы, фрезерные работы по легированным сталям.
- Водосмешиваемые – водный раствор на минеральной основе. Эти составы обладают отличными охлаждающими свойствами и низкой токсичностью, но при этом невысокими смазочными характеристиками. Сфера применения – легкий и средний режим точения меди и бронзы, фрезерование и сверление всех видов цветных металлов, шлифование и штамповка стали.
- Синтетические и полусинтетические – смесь воды, поверхностно-активных веществ, водорастворимых полимеров, антипенных и антибактериальных присадок, ингибиторов коррозии. Для увеличения смазывающих свойств в синтетические составы также вводят противоизносные присадки.
- Эмульсии – составы с повышенной концентрацией дисперсных частиц. Снижают степень износа инструмента и оборудования практически во всех операциях по металлообработке.
Структура и механизм действия СОЖ
Повсеместное использование СОЖ в процессах металлообработки обусловлено эффективным разделением трущихся поверхностей заготовки и инструмента и снижению их температуры. Наиболее эффективная смазочно-охлаждающая жидкость может включать в свой состав следующие компоненты:
- Основу из синтетических масел или животных жиров.
- Присадки, повышающие антифрикционные и противозадирные показатели.
- Компоненты, препятствующие расслоению состава при хранении.
- Присадки, препятствующие коррозии и разрушению.
- Компоненты, уменьшающие пенообразование и улучшающие смачиваемость поверхностей при металлообработке.
Применение СОЖ
Смазочно-охлаждающие жидкости применяются для смазки и охлаждения рабочей зоны при металлообработке. Свойства СОЖ дают возможность снизить трение в зоне обработки, тем самым снижая износ инструмента, увеличивая качество продукции, улучшая интенсивность технологического процесса и, как следствие, общую производительность труда.
Благодаря своим смазывающим свойствам СОЖ хорошо снижают силу трения между поверхностью заготовки и кромкой режущего инструмента, внутреннее трение в срезаемом слое металла. Отдельные технические смазки обладают химическими свойствами, которые способствуют уменьшению не только силы трения, но и силы резания. Большинство СОЖ – поверхностно-активные вещества с высокими адсорбционными свойствами. Они способны образовывать устойчивую пленку на поверхности металла, которая существенно снижает трение. Некоторые специальные поверхностно-активные присадки оказывают на металл "расклинивающее" действие. Удлиненные молекулы таких добавок попадают в микротрещины на поверхности металла, подобно клину, тем самым ослабляя связь между частицами материала. Таким образом, СОЖ «помогает» рабочему инструменту срезать слой от основного металла.
Наиболее распространенные составы СОЖ для станков
Для металлообработки на токарных и фрезерных станках производятся следующие виды жидкостей:
- Эмульсолы на основе минеральных и нефтяных масел.
- Эмульгаторы с синтетическими жирными кислотами.
- Токарные и фрезерные работы, предусматривающие быстрорежущую обработку нержавеющих и легированных сталей, производятся по ГОСТ 38.01445-88. Для этих целей предусмотрены синтетические составы, основу которых составляют талловые масла, высокоатомные спирты, триэтаноламин.
- Сульфофрезолы – смеси высокоочищенного масла и серосодержащих составов. Не содержат воды, щелочей, кислот. Такие СОЖ для станков эффективно снижают трение, не вызывают коррозии.
Применение СОЖ для обработки металла давлением
Данный способ металлообработки сопровождается значительными удельными усилиями и относительным проскальзыванием между заготовкой и инструментом. СОЖ, используемые в таких технологических процессах, должны обладать значительно большей вязкостью. Характерными особенностями составов для металлообработки давлением являются:
- Достаточная вязкость.
- Стойкость против разрушения и расслоения при высокотемпературных режимах.
- Применяются воднографитовые составы с включением тонкочешуйчатого графита на основе масляной суспензии.
Особенности применения смазочно-охлаждающих жидкостей
Для более эффективного использования СОЖ следует учитывать несколько простых правил.
- Минимальный расход жидкости, независимо от того, водный раствор это или эмульсия – 10-15 л/мин.
- Очень важно, чтобы подача СОЖ осуществлялась в место образования максимального количества тепла. При токарной обработке – это участок, на котором стружка отделяется от заготовки.
- Подачу смазочно-охлаждающей жидкости следует осуществлять сразу. При подаче СОЖ спустя некоторое время сильно нагретый резец будет резко охлаждаться, что приведет к образованию в нем трещин.
- Смазочно-охлаждающая жидкость не применяется при токарной обработке хрупких металлов (бронза, чугун, др.). При точении таких материалов образуется мелкая стружка, которая, смешиваясь с СОЖ, может забивать рабочие узлы станка (каретка, суппорт, направляющая станина), что приводит к преждевременному износу и поломке этих узлов.
Производство и хранение смазочно-охлаждающих жидкостей
Помимо готовых составов долгого хранения, выпускаются концентраты и компоненты для приготовления жидкостей, адаптированных к условиям конкретного предприятия. СОЖ, СОЖ, цена которого в основном зависит от состава, отвечающего определенному виду работ, на современном рынке реализуется за 70-160 руб/литр для готовых составов отечественных производителей и 105-290 руб/литр зарубежного производства. Средняя стоимость концентрата составляет 240 р/литр. Перед применением жидкости проходят следующие процедуры:
- Перемешивание компонентов производится при установленных по составу и марке температурах (60-110 0С).
- Анализ состава на соответствие ГОСТу.
- Приготовленные составы хранятся в специализированных емкостях, позволяющих проводить периодический подогрев, перемешивание.
- При подготовке СОЖ возможно введение присадок, которое осуществляется на виброустановках тонкого эмульгирования.
- Заправка аппаратов непрерывной подачи.
- В процессе использования составы загрязняются. Предусматриваются системы очистки СОЖ от остатков металла. Отработанные продукты, не подлежащие эффективной очистке, подлежат утилизации.
