Schneidflüssigkeit

FlüssigkeitenBearbeiten

Es gibt generell drei Arten von Flüssigkeiten: mineralische, halbsynthetische und synthetische. Bei halbsynthetischen und synthetischen Kühlschmierstoffen wird versucht, die besten Eigenschaften von Öl mit den besten Eigenschaften von Wasser zu kombinieren, indem emulgiertes Öl in einer Wasserbasis suspendiert wird. Zu diesen Eigenschaften gehören: Rostschutz, Toleranz gegenüber einem breiten Spektrum von Wasserhärten (Aufrechterhaltung der pH-Stabilität um 9 bis 10), Fähigkeit, mit vielen Metallen zu arbeiten, Beständigkeit gegen thermische Zersetzung und Umweltsicherheit.

Wasser ist ein guter Wärmeleiter, hat aber Nachteile als Schneidflüssigkeit. Es kocht leicht, fördert das Rosten von Maschinenteilen und schmiert nicht gut. Daher sind andere Inhaltsstoffe erforderlich, um eine optimale Schneidflüssigkeit herzustellen.

Mineralöle, die auf Erdölbasis hergestellt werden, wurden erstmals im späten 19. Sie reichen von den dicken, dunklen, schwefelhaltigen Schneidölen, die in der Schwerindustrie verwendet werden, bis hin zu hellen, klaren Ölen.

Semi-synthetische Kühlmittel, auch lösliches Öl genannt, sind eine Emulsion oder Mikroemulsion von Wasser mit Mineralöl. In Werkstätten, die britisches Englisch verwenden, wird lösliches Öl umgangssprachlich als SUDS bezeichnet. Diese wurden erstmals in den 1930er Jahren verwendet. Eine typische CNC-Werkzeugmaschine verwendet in der Regel ein emulgiertes Kühlmittel, das aus einer kleinen Menge Öl besteht, die durch die Verwendung eines Detergens in eine größere Menge Wasser emulgiert wird.

Synthetische Kühlmittel stammen aus den späten 1950er Jahren und sind in der Regel auf Wasserbasis.

Das offizielle Verfahren zur Messung der Ölkonzentration in Schneidflüssigkeitsproben ist die manuelle Titration: 100 ml der zu prüfenden Flüssigkeit werden mit einer 0,5 M HCl-Lösung bis zu einem Endpunkt von pH 4 titriert, und das zum Erreichen des Endpunkts verbrauchte Volumen des Titriermittels wird zur Berechnung der Ölkonzentration verwendet. Diese Technik ist genau und wird durch die Verunreinigung der Flüssigkeit nicht beeinträchtigt, muss aber von geschultem Personal in einer Laborumgebung durchgeführt werden. Ein Handrefraktometer ist der Industriestandard für die Bestimmung des Mischungsverhältnisses von wasserlöslichen Kühlmitteln, bei dem die Ölkonzentration anhand des in der Brix-Skala gemessenen Brechungsindex der Probe geschätzt wird. Mit dem Refraktometer kann die Ölkonzentration in Industrieanlagen vor Ort gemessen werden. Allerdings wird die Genauigkeit der Messung durch die Verunreinigung der Probe beeinträchtigt. Zur Messung der Ölkonzentration in Kühlschmierstoffen werden auch andere Verfahren eingesetzt, wie z. B. die Messung der Viskosität, der Dichte und der Ultraschallgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Andere Testgeräte werden verwendet, um Eigenschaften wie Säuregehalt und Leitfähigkeit zu bestimmen.

Andere Methoden sind:

Kerosin und Franzbranntwein liefern oft gute Ergebnisse bei der Bearbeitung von Aluminium.
WD-40 und 3-In-One Oil funktionieren gut bei verschiedenen Metallen. Letzteres hat einen Zitronengrasgeruch; wenn der Geruch stört, funktionieren Mineralöl und Allzweck-Schmieröle in etwa gleich gut.
Way-Öl (das Öl für Werkzeugmaschinenbahnen) funktioniert als Schneidöl. (Die meisten Werkzeugmaschinen behandeln Wegschmiermittel und Kühlmittel als getrennte Dinge, die sich während des Gebrauchs unweigerlich vermischen, was dazu führt, dass Ölabscheider verwendet werden, um sie wieder zu trennen.)
Motoröle haben eine etwas komplizierte Beziehung zu Werkzeugmaschinen. Normale, detergensfreie Motoröle sind brauchbar, und in der Tat waren SAE 10- und 20-Öle vor Jahrzehnten die empfohlenen Spindel- bzw. Bahnöle für manuelle Werkzeugmaschinen, obwohl heutzutage spezielle Bahnölformeln in der kommerziellen Bearbeitung vorherrschen. Während fast alle Motoröle allein aufgrund ihrer Zerspanungsleistung als geeignete Kühlschmierstoffe fungieren können, sollten moderne Mehrbereichsöle mit Detergenzien und anderen Additiven vermieden werden. Diese Zusätze können bei Messing und Bronze, die in den Lagern und Spindelmuttern von Werkzeugmaschinen (vor allem bei älteren oder manuellen Werkzeugmaschinen) häufig vorkommen, zu Kupferkorrosion führen.
Dielektrische Flüssigkeit wird als Schneidflüssigkeit in Elektroerosionsmaschinen (EDM) verwendet. In der Regel handelt es sich um entionisiertes Wasser oder ein Kerosin mit hohem Flammpunkt. Durch das Schneiden der Elektrode (oder des Drahtes) wird starke Hitze erzeugt, und die Flüssigkeit dient dazu, die Temperatur des Werkstücks zu stabilisieren und alle erodierten Partikel aus dem unmittelbaren Arbeitsbereich zu spülen. Das Dielektrikum ist nicht leitend.
Flüssig (Wasser oder Petroleumöl) gekühlte Wassertische werden beim Plasmaschneiden (PAC) verwendet.
Als Schmiermittel wird Neatsfoot-Öl der höchsten Qualität verwendet. Es wird in der metallverarbeitenden Industrie als Schneidflüssigkeit für Aluminium verwendet. Bei der Bearbeitung, beim Gewindeschneiden und beim Bohren von Aluminium ist es Kerosin und verschiedenen Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis überlegen.

Pasten oder GeleBearbeiten

Schneidflüssigkeit kann auch die Form einer Paste oder eines Gels annehmen, wenn sie für bestimmte Anwendungen verwendet wird, insbesondere für Handarbeiten wie Bohren und Gewindeschneiden. Beim Sägen von Metall mit einer Bandsäge ist es üblich, in regelmäßigen Abständen eine Paste gegen das Sägeblatt zu streichen. Dieses Produkt ähnelt in seiner Form einem Lippenstift oder Bienenwachs. Es wird in einer Papptube geliefert, die bei jeder Anwendung langsam verbraucht wird.

Aerosole (Nebel)Bearbeiten

Einige Kühlschmierstoffe werden in Form von Aerosolen (Nebel) verwendet (Luft mit winzigen Flüssigkeitströpfchen, die darin verstreut sind). Die Hauptprobleme mit Nebeln sind, dass sie für die Arbeiter, die die nebelverschmutzte Luft einatmen müssen, ziemlich schlecht sind, und dass sie manchmal nicht einmal sehr gut funktionieren. Beide Probleme sind auf die ungenaue Ausbringung zurückzuführen, die den Nebel oft überall und ständig verteilt, außer an der Schnittstelle beim Schneiden – dem einzigen Ort und Zeitpunkt, an dem er erwünscht ist. Eine neuere Form der Aerosolabgabe, MQL (Minimum Quantity of Lubricant), vermeidet jedoch beide Probleme. Das Aerosol wird direkt durch die Spannuten des Werkzeugs zugeführt (es gelangt direkt durch oder um die Wendeschneidplatte selbst herum – eine ideale Art der Kühlschmierstoffzufuhr, die traditionell nur in einigen wenigen Fällen wie dem Tieflochbohren oder der teuren, hochmodernen Flüssigkeitszufuhr beim Produktionsfräsen verfügbar war). Das MMS-Aerosol wird auf so präzise Weise zugeführt (sowohl in Bezug auf den Ort als auch auf den Zeitpunkt), dass der Nettoeffekt aus Sicht des Bedieners fast wie eine Trockenbearbeitung aussieht. Die Späne sehen im Allgemeinen wie trocken bearbeitete Späne aus, die nicht entleert werden müssen, und die Luft ist so sauber, dass die Bearbeitungszellen näher an der Inspektion und Montage platziert werden können als zuvor. MMS kühlt nicht viel im Sinne von Wärmeübertragung, aber seine gezielte Schmierwirkung verhindert, dass ein Teil der Wärme überhaupt erst entsteht, was seinen Erfolg erklärt.

CO2-KühlmittelBearbeiten

Kohlendioxid (chemische Formel CO2) wird ebenfalls als Kühlmittel verwendet. Bei dieser Anwendung lässt man unter Druck stehendes flüssiges CO2 expandieren, was mit einem Temperaturabfall einhergeht, der ausreicht, um einen Phasenwechsel in einen Feststoff zu bewirken. Diese festen Kristalle werden entweder durch externe Düsen oder durch die Spindel in den Schnittbereich geleitet, um eine temperaturgesteuerte Kühlung des Schneidwerkzeugs und des Werkstücks zu gewährleisten.

Luft oder andere Gase (z. B. Stickstoff)Bearbeiten

Umgebungsluft war natürlich das ursprüngliche Kühlmittel für die Bearbeitung. Druckluft, die durch Rohre und Schläuche von einem Luftkompressor zugeführt wird und aus einer auf das Werkzeug gerichteten Düse austritt, ist manchmal ein nützliches Kühlmittel. Die Kraft des dekomprimierenden Luftstroms bläst die Späne weg, und die Dekompression selbst hat eine leichte Kühlwirkung. Das Ergebnis ist, dass die Wärme des Bearbeitungsschnitts etwas besser abgeführt wird als durch die Umgebungsluft allein. Manchmal werden dem Luftstrom Flüssigkeiten zugesetzt, um einen Nebel zu bilden (Nebelkühlsysteme, siehe oben).

Flüssiger Stickstoff, der in unter Druck stehenden Stahlflaschen geliefert wird, wird manchmal auf ähnliche Weise verwendet. In diesem Fall reicht das Sieden aus, um einen starken Kühleffekt zu erzielen. Jahrelang wurde dies (bei begrenzten Anwendungen) durch Fluten des Arbeitsbereichs erreicht. Seit 2005 wird diese Art der Kühlung auf eine Art und Weise angewandt, die mit der MMS vergleichbar ist (mit Zuführung durch die Spindel und durch die Werkzeugspitzen). Dadurch werden der Körper und die Spitzen des Werkzeugs so gekühlt, dass sie wie ein „thermischer Schwamm“ wirken und die Wärme von der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Span aufsaugen. Diese neue Art der Stickstoffkühlung ist noch zum Patent angemeldet. Die Standzeit der Werkzeuge wurde beim Fräsen von zähen Metallen wie Titan und Inconel um den Faktor 10 erhöht.

Alternativ kann ein Luftstrom in Verbindung mit einer schnell verdampfenden Substanz (z. B. Alkohol, Wasser usw.) als wirksames Kühlmittel verwendet werden, wenn heiße Werkstücke bearbeitet werden, die mit anderen Methoden nicht gekühlt werden können.

Frühere PraktikenBearbeiten

In der Bearbeitungspraxis des 19. Jahrhunderts war es nicht unüblich, einfaches Wasser zu verwenden. Dies war einfach ein praktisches Mittel, um den Fräser kühl zu halten, unabhängig davon, ob damit eine Schmierung an der Schnittstelle zwischen Schneide und Span möglich war. Wenn man bedenkt, dass Schnellarbeitsstahl (HSS) noch nicht entwickelt war, wird die Notwendigkeit, das Werkzeug zu kühlen, noch deutlicher. (HSS behält seine Härte bei hohen Temperaturen, andere Kohlenstoff-Werkzeugstähle nicht). Eine Verbesserung war Sodawasser (Natriumbicarbonat in Wasser), das das Rosten von Maschinenschlitten besser verhinderte. Diese Optionen werden heute im Allgemeinen nicht mehr verwendet, da es wirksamere Alternativen gibt.
Tierische Fette wie Talg oder Schmalz waren in der Vergangenheit sehr beliebt. Sie werden heute wegen der Vielzahl anderer Möglichkeiten nur noch selten verwendet, sind aber nach wie vor eine Option.
In alten Lehrbüchern für Maschinenbauer ist die Rede von der Verwendung von Mennige und Weißblei, oft gemischt mit Schmalz oder Schmalzöl. Diese Praxis ist aufgrund der Toxizität von Blei überholt.
Von der Mitte des 20. Jahrhunderts bis in die 1990er Jahre wurde 1,1,1-Trichlorethan als Zusatzstoff verwendet, um einige Schneidflüssigkeiten effektiver zu machen. Im Werksjargon wurde es als „one-one-one“ bezeichnet. Wegen seiner ozonschädigenden und das zentrale Nervensystem beeinträchtigenden Eigenschaften wurde es aus dem Verkehr gezogen.