Snijvloeistof

VloeistoffenEdit

Er zijn in het algemeen drie soorten vloeistoffen: minerale, semi-synthetische en synthetische. Semi-synthetische en synthetische snijvloeistoffen zijn pogingen om de beste eigenschappen van olie te combineren met de beste eigenschappen van water door geëmulgeerde olie in een waterbasis te suspenderen. Deze eigenschappen zijn onder andere: roestremming, tolerantie voor een breed scala van waterhardheid (waarbij de pH stabiel blijft rond 9 tot 10), vermogen om met veel metalen te werken, weerstand tegen thermische afbraak, en milieuveiligheid.

Water is een goede geleider van warmte, maar heeft nadelen als snijvloeistof. Het kookt gemakkelijk, bevordert het roesten van machineonderdelen, en smeert niet goed. Daarom zijn andere ingrediënten nodig om een optimale snijvloeistof te maken.

Minerale oliën, die op aardolie zijn gebaseerd, werden voor het eerst aan het eind van de 19e eeuw voor snijtoepassingen gebruikt. Deze variëren van de dikke, donkere, zwavelrijke snijoliën die in de zware industrie worden gebruikt tot lichte, heldere oliën.

Semi-synthetische koelvloeistoffen, ook wel oplosbare olie genoemd, zijn een emulsie of micro-emulsie van water met minerale olie. In werkplaatsen met Brits Engels wordt oplosbare olie in de volksmond SUDS genoemd. Deze werden voor het eerst gebruikt in de jaren 1930. Een typische CNC werktuigmachine gebruikt gewoonlijk geëmulgeerde koelvloeistof, die bestaat uit een kleine hoeveelheid olie geëmulgeerd in een grotere hoeveelheid water door het gebruik van een detergent.

Synthetische koelvloeistoffen ontstonden aan het eind van de jaren 1950 en zijn gewoonlijk op waterbasis.

De officiële techniek om de olieconcentratie in snijvloeistofmonsters te meten is manuele titratie: 100 ml van de te testen vloeistof wordt getitreerd met een 0,5M HCl-oplossing tot een eindpunt van pH 4 en het volume titrant dat wordt gebruikt om het eindpunt te bereiken, wordt gebruikt om de olieconcentratie te berekenen. Deze techniek is nauwkeurig en wordt niet beïnvloed door vloeistofverontreiniging, maar moet worden uitgevoerd door opgeleid personeel in een laboratoriumomgeving. Een handrefractometer is de industriële standaard die wordt gebruikt om de mengverhouding van in water oplosbare koelvloeistoffen te bepalen, waarbij de olieconcentratie wordt geschat op basis van de brekingsindex van het monster, gemeten in de Brix-schaal. De refractometer maakt in situ metingen van de olieconcentratie in industriële installaties mogelijk. Verontreiniging van het monster vermindert echter de nauwkeurigheid van de meting. Andere technieken worden gebruikt om de olieconcentratie in snijvloeistoffen te meten, zoals meting van de vloeistofviscositeit, de dichtheid en de ultrasone snelheid. Andere testapparatuur wordt gebruikt om eigenschappen als zuurgraad en geleidingsvermogen te bepalen.

Anderen zijn:

• Kerosine en wrijfalcohol geven vaak goede resultaten bij het werken op aluminium.
• WD-40 en 3-In-One Oil werken goed op diverse metalen. Deze laatste heeft een citronellageur; als de geur u stoort, werken minerale olie en smeeroliën voor algemeen gebruik ongeveer hetzelfde.
• Wegolie (de olie die wordt gemaakt voor machinegangen) werkt als een snijolie. In feite zijn sommige schroefmachines ontworpen om één olie te gebruiken als zowel de wegolie als de snijolie. (De meeste werktuigmachines behandelen wegolie en koelvloeistof als afzonderlijke dingen die onvermijdelijk mengen tijdens het gebruik, wat leidt tot het gebruik van tramp oil skimmers om ze weer te scheiden.)
• Motoroliën hebben een enigszins gecompliceerde relatie met werktuigmachines. Niet-detergerende motoroliën van normaal gewicht zijn bruikbaar, en in feite waren SAE 10 en 20 oliën decennia geleden de aanbevolen spindel- en loopolie (respectievelijk) op handbediende werktuigmachines, hoewel tegenwoordig speciale loopolieformules de overhand hebben in de commerciële machinebouw. Hoewel bijna alle motoroliën alleen al op grond van hun snijprestaties als adequate snijvloeistoffen kunnen fungeren, kunnen moderne multigewichtsmotoroliën met detergenten en andere additieven het best worden vermeden. Deze additieven kunnen een koper-corrosie probleem vormen voor messing en brons, die vaak voorkomen in de lagers en moeren van machinewerktuigen (vooral oudere of handbediende werktuigmachines).
• Diëlektrische vloeistof wordt gebruikt als snijvloeistof in elektrische ontladingsmachines (EDM’s). Het is gewoonlijk gedeïoniseerd water of kerosine met een hoog vlampunt. Intense hitte wordt opgewekt door de snijwerking van de elektrode (of draad) en de vloeistof wordt gebruikt om de temperatuur van het werkstuk te stabiliseren, samen met het wegspoelen van eventuele geërodeerde deeltjes uit de directe werkomgeving. De diëlektrische vloeistof is niet geleidend.
• Vloeistof (water of petroleumolie) gekoelde watertafels worden gebruikt bij het plasma arc cutting (PAC) proces.
• Als smeermiddel wordt Neatsfoot oil van de hoogste kwaliteit gebruikt. Het wordt in de metaalverwerkende industrie gebruikt als snijvloeistof voor aluminium. Voor het bewerken, tappen en boren van aluminium is het superieur aan kerosine en diverse snijvloeistoffen op waterbasis.

Pasta’s of gelsEdit

Snijvloeistof kan ook de vorm aannemen van een pasta of gel bij gebruik voor sommige toepassingen, met name handbewerkingen zoals boren en tappen. Bij het zagen van metaal met een lintzaag is het gebruikelijk om regelmatig een staafje pasta tegen het blad te laten lopen. Dit product is qua vorm vergelijkbaar met lippenstift of bijenwas. Het wordt geleverd in een kartonnen tube, die bij elke toepassing langzaam wordt verbruikt.

Aërosolen (nevels)bewerken

Sommige snijvloeistoffen worden gebruikt in de vorm van aërosolen (nevels) (lucht met kleine druppeltjes vloeistof die erdoor verspreid zijn). De belangrijkste problemen met nevels zijn dat ze nogal slecht zijn voor de arbeiders, die de omringende met nevel vervuilde lucht moeten inademen, en dat ze soms zelfs niet erg goed werken. Beide problemen zijn te wijten aan de onnauwkeurige toediening, waardoor de nevel vaak overal en altijd wordt verspreid, behalve op het snijvlak, tijdens het snijden – de enige plaats en het enige moment waar de nevel gewenst is. Een nieuwere vorm van aerosol toediening, MQL (minimum hoeveelheid smeermiddel), voorkomt echter beide problemen. De aerosol wordt rechtstreeks via de spiraal van het gereedschap toegediend (het komt rechtstreeks door of rond de insert zelf aan – een ideaal type van toediening van snijvloeistof dat traditioneel niet beschikbaar was buiten enkele contexten zoals pistoolboren of dure, state-of-the-art vloeistoftoediening bij productiefrezen). MQL’s aerosol wordt zo precies toegediend (zowel wat betreft locatie als timing) dat het netto-effect vanuit het oogpunt van de operator bijna lijkt op droog verspanen. De spanen lijken over het algemeen droog bewerkt en hoeven niet afgevoerd te worden, en de lucht is zo schoon dat de bewerkingscellen dichter bij inspectie en assemblage geplaatst kunnen worden dan voorheen. MQL zorgt niet voor veel koeling in de zin van warmteoverdracht, maar de doelgerichte smerende werking voorkomt dat een deel van de warmte in de eerste plaats wordt gegenereerd, wat het succes helpt verklaren.

CO2 KoelmiddelEdit

Koolstofdioxide (chemische formule CO2) wordt ook gebruikt als koelmiddel. In deze toepassing laat men onder druk vloeibaar CO2 uitzetten en dit gaat gepaard met een temperatuurdaling, die voldoende is om een faseverandering in een vaste stof te veroorzaken. Deze vaste kristallen worden naar de snijzone geleid door ofwel externe sproeiers of door de spindel heen, om te zorgen voor temperatuurgecontroleerde koeling van het snijgereedschap en het werkstuk.

Lucht of andere gassen (b.v. stikstof)

Omringende lucht was natuurlijk het oorspronkelijke koelmiddel voor machinale bewerking. Samengeperste lucht, aangevoerd door leidingen en slangen van een luchtcompressor en afgevoerd door een mondstuk gericht op het gereedschap, is soms een nuttig koelmiddel. De kracht van de decompressie-luchtstroom blaast spanen weg, en de decompressie zelf heeft een lichte mate van koelende werking. Het netto resultaat is dat de hitte van de bewerkingssnede iets beter wordt afgevoerd dan door omgevingslucht alleen. Soms worden vloeistoffen aan de luchtstroom toegevoegd om een nevel te vormen (nevelkoelvloeistofsystemen, hierboven beschreven).

Vloeibare stikstof, geleverd in onder druk staande stalen flessen, wordt soms op soortgelijke wijze gebruikt. In dit geval is koken voldoende om een krachtig koelend effect te verkrijgen. Jarenlang werd dit gedaan (in beperkte toepassingen) door de werkzone onder water te zetten. Sinds 2005 wordt deze wijze van koelen toegepast op een manier die vergelijkbaar is met MQL (met door-de-spindel en door-de-tool-tip toediening). Hierdoor worden het lichaam en de punten van het gereedschap zodanig gekoeld dat het werkt als een “thermische spons” die de warmte opzuigt van het raakvlak tussen gereedschap en chip. Op dit nieuwe type stikstofkoeling is het octrooi nog in aanvraag. De standtijd is met een factor 10 verlengd bij het frezen van taaie metalen zoals titanium en inconel.

Aternatief kan het gebruik van een luchtstroom in combinatie met een snel verdampende stof (b.v. alcohol, water, enz.) worden gebruikt als een doeltreffend koelmiddel bij het bewerken van hete stukken die niet met alternatieve methoden kunnen worden gekoeld.

Praktijk in het verledenEdit

• In de 19e-eeuwse bewerkingspraktijk was het niet ongebruikelijk gewoon water te gebruiken. Dit was gewoon een praktisch middel om de snijkop koel te houden, ongeacht of het enige smering op het snijvlak tussen snijkant en snijkop opleverde. Wanneer men bedenkt dat hogesnelheidsstaal (HSS) nog niet ontwikkeld was, wordt de noodzaak om het gereedschap te koelen des te duidelijker. (HSS behoudt zijn hardheid bij hoge temperaturen; andere koolstofhoudende gereedschapsstalen doen dat niet). Een verbetering was sodawater (natriumbicarbonaat in water), dat het roesten van machinesledes beter remde. Deze opties worden tegenwoordig over het algemeen niet meer gebruikt omdat er effectievere alternatieven voorhanden zijn.
• Dierlijke vetten zoals talg of reuzel waren in het verleden zeer populair. Deze worden vandaag de dag weinig gebruikt, vanwege de grote verscheidenheid aan andere keuzes, maar blijven een optie.
• O oude machinewerkplaats opleidingsteksten spreken van het gebruik van rood lood en wit lood, vaak gemengd in reuzel of reuzelolie. Deze praktijk is verouderd wegens de giftigheid van lood.
• Van het midden van de 20e eeuw tot in de jaren 1990 werd 1,1,1-trichloorethaan gebruikt als additief om sommige snijvloeistoffen doeltreffender te maken. In het jargon van de werkvloer werd het “one-one-one” genoemd. Het is geleidelijk uit de handel genomen vanwege de ozonlaag aantastende en het centrale zenuwstelsel onderdrukkende eigenschappen.