CieczeEdit
Są generalnie trzy rodzaje cieczy: mineralne, półsyntetyczne i syntetyczne. Półsyntetyczne i syntetyczne ciecze chłodząco-smarujące stanowią próbę połączenia najlepszych właściwości oleju z najlepszymi właściwościami wody poprzez zawieszenie zemulgowanego oleju w bazie wodnej. Właściwości te obejmują: inhibicję rdzy, tolerancję szerokiego zakresu twardości wody (utrzymanie stabilności pH około 9 do 10), zdolność do pracy z wieloma metalami, odporność na rozkład termiczny i bezpieczeństwo dla środowiska.
Woda jest dobrym przewodnikiem ciepła, ale ma wady jako płyn do cięcia. Łatwo wrze, sprzyja rdzewieniu części maszyn i nie smaruje dobrze. Dlatego inne składniki są niezbędne do stworzenia optymalnego płynu tnącego.
Oleje mineralne, które są na bazie ropy naftowej, po raz pierwszy zobaczyłem zastosowanie w aplikacjach tnących pod koniec XIX wieku. Różnią się one od gęstych, ciemnych, bogatych w siarkę olejów do cięcia używanych w przemyśle ciężkim do lekkich, przejrzystych olejów.
Semi-syntetyczne chłodziwa, zwane również olejami rozpuszczalnymi, są emulsją lub mikroemulsją wody z olejem mineralnym. W warsztatach używających brytyjskiego angielskiego soluble oil jest potocznie znany jako SUDS. Zaczęły one być stosowane w latach 30-tych XX wieku. Typowa obrabiarka CNC zwykle używa emulgowanego chłodziwa, które składa się z niewielkiej ilości oleju zemulgowanego w większej ilości wody poprzez użycie detergentu.
Syntetyczne chłodziwa pochodzą z późnych lat 50-tych i są zwykle na bazie wody.
Oficjalną techniką pomiaru stężenia oleju w próbkach cieczy chłodząco-smarujących jest miareczkowanie ręczne: 100 ml badanego płynu jest miareczkowane 0,5M roztworem HCl do punktu końcowego o pH 4, a objętość titranta zużytego do osiągnięcia punktu końcowego jest wykorzystywana do obliczenia stężenia oleju. Technika ta jest dokładna i nie wpływa na nią zanieczyszczenie cieczy, ale musi być wykonywana przez przeszkolony personel w środowisku laboratoryjnym. Ręczny refraktometr jest standardem przemysłowym stosowanym do określania proporcji mieszanki chłodziw rozpuszczalnych w wodzie, który szacuje stężenie oleju na podstawie współczynnika załamania światła próbki mierzonego w skali Brixa. Refraktometr pozwala na pomiary in situ stężenia oleju w zakładach przemysłowych. Jednakże, zanieczyszczenie próbki zmniejsza dokładność pomiaru. Do pomiaru stężenia oleju w cieczach chłodząco-smarujących stosuje się inne techniki, takie jak pomiar lepkości cieczy, gęstości i prędkości ultradźwięków. Inne urządzenia testowe są używane do określania takich właściwości jak kwasowość i przewodność.
Inne obejmują:
- Nafta i alkohol często dają dobre wyniki podczas pracy na aluminium.
- WD-40 i 3-In-One Oil działają dobrze na różnych metalach. Ten ostatni ma zapach cytronelowy; jeżeli zapach się nie podoba, olej mineralny i oleje smarowe ogólnego zastosowania działają podobnie.
- Olej drogowy (olej do obrabiarek) działa jako olej do cięcia. W rzeczywistości niektóre obrabiarki śrubowe są zaprojektowane tak, aby używać jednego oleju zarówno jako oleju przekładniowego, jak i tnącego. (Większość obrabiarek traktuje olej przekładniowy i chłodziwo jako oddzielne rzeczy, które nieuchronnie mieszają się podczas użytkowania, co prowadzi do stosowania odpieniaczy oleju do oddzielania ich z powrotem.)
- Oleje silnikowe mają nieco skomplikowany związek z obrabiarkami. Proste oleje silnikowe nie zawierające detergentów są zdatne do użytku i w rzeczywistości oleje SAE 10 i 20 były zalecane jako oleje wrzecionowe i drogowe (odpowiednio) w obrabiarkach ręcznych dziesiątki lat temu, chociaż obecnie dedykowane formuły olejów drogowych przeważają w obróbce komercyjnej. Podczas gdy prawie wszystkie oleje silnikowe mogą działać jako odpowiednie ciecze chłodząco-smarujące, najlepiej unikać nowoczesnych olejów silnikowych z detergentami i innymi dodatkami. Dodatki te mogą powodować korozję miedzi w mosiądzu i brązie, które obrabiarki często mają w swoich łożyskach i nakrętkach śrub prowadzących (zwłaszcza starsze lub ręczne obrabiarki).
- Płyn dielektryczny jest stosowany jako płyn chłodząco-smarujący w obrabiarkach elektroerozyjnych (EDM). Jest to zazwyczaj woda dejonizowana lub nafta o wysokiej temperaturze zapłonu. Intensywne ciepło jest generowane przez cięcie elektrody (lub drutu), a płyn jest używany do stabilizacji temperatury obrabianego przedmiotu, wraz ze spłukiwaniem wszelkich erodowanych cząstek z bezpośredniego obszaru roboczego. Ciecz dielektryczna nie przewodzi prądu elektrycznego.
- Stoły wodne chłodzone cieczą (wodą lub olejem naftowym) są używane w procesie cięcia łukiem plazmowym (PAC).
- Jako środek smarny stosowany jest najwyższej jakości olej Neatsfoot. Stosowany jest w przemyśle metalowym jako ciecz do cięcia aluminium. Przy obróbce skrawaniem, gwintowaniu i wierceniu aluminium jest lepszy od nafty i różnych cieczy chłodząco-smarujących na bazie wody.
Pasty lub żeleEdit
Płyn tnący może również przyjmować postać pasty lub żelu, gdy jest używany do niektórych zastosowań, w szczególności do operacji ręcznych, takich jak wiercenie i gwintowanie. Przy cięciu metalu piłą taśmową, powszechne jest okresowe przesuwanie pasty po ostrzu. Produkt ten jest podobny w formie do szminki lub wosku pszczelego. Dostarczany jest w kartonowej tubie, która jest powoli zużywana przy każdym zastosowaniu.
Aerozole (mgły)Edycja
Niektóre ciecze chłodząco-smarujące są używane w formie aerozolu (mgły) (powietrze z małymi kroplami cieczy rozproszonych w całym). Główne problemy z mgły były, że są one raczej złe dla pracowników, którzy muszą oddychać otaczającego mgły zanieczyszczone powietrze, i że czasami nawet nie działa bardzo dobrze. Oba te problemy wynikają z nieprecyzyjnego podawania mgły, która często jest rozprowadzana wszędzie i przez cały czas z wyjątkiem miejsca cięcia, podczas cięcia – jedynego miejsca i czasu, w którym jest pożądana. Jednak nowsza forma dostarczania aerozolu, MQL (minimalna ilość środka smarnego), pozwala uniknąć obu tych problemów. Aerozol jest dostarczany bezpośrednio przez rowki narzędzia (dociera bezpośrednio przez lub wokół samej płytki – idealny rodzaj dostarczania cieczy chłodząco-smarującej, który tradycyjnie był niedostępny poza kilkoma kontekstami, takimi jak wiercenie z pistoletu lub drogie, najnowocześniejsze dostarczanie cieczy we frezowaniu produkcyjnym). Aerozol MQL jest dostarczany w tak precyzyjnie ukierunkowany sposób (zarówno w odniesieniu do lokalizacji, jak i czasu), że z perspektywy operatora efekt końcowy wydaje się prawie jak obróbka na sucho. Wióry generalnie wyglądają jak wióry po obróbce na sucho, nie wymagają opróżniania, a powietrze jest tak czyste, że komórki obróbcze mogą znajdować się bliżej kontroli i montażu niż wcześniej. MQL nie zapewnia dużego chłodzenia w sensie wymiany ciepła, ale jego dobrze ukierunkowane działanie smarujące zapobiega powstawaniu części ciepła, co pomaga wyjaśnić jego sukces.
Chłodziwo CO2Edit
Dwutlenek węgla (wzór chemiczny CO2) jest również używany jako chłodziwo. W tym zastosowaniu ciekły CO2 pod ciśnieniem może się rozprężyć, czemu towarzyszy spadek temperatury, wystarczający do spowodowania zmiany fazy w ciało stałe. Te stałe kryształy są kierowane do strefy skrawania przez zewnętrzne dysze lub przez wrzeciono, aby zapewnić kontrolowane temperaturowo chłodzenie narzędzia skrawającego i przedmiotu obrabianego.
Powietrze lub inne gazy (np. azot)Edycja
Otoczenie Powietrze, oczywiście, było oryginalnym chłodziwem do obróbki skrawaniem. Sprężone powietrze, dostarczane rurami i wężami ze sprężarki powietrza i wypuszczane z dyszy skierowanej na narzędzie, jest czasami użytecznym chłodziwem. Siła rozprężającego się strumienia powietrza wydmuchuje wióry, a sama dekompresja w niewielkim stopniu działa chłodząco. W rezultacie ciepło powstające podczas obróbki jest odprowadzane nieco lepiej niż przy użyciu samego powietrza. Czasami do strumienia powietrza dodawane są ciecze w celu utworzenia mgły (systemy chłodzenia mgłą, opisane powyżej).
Ciekły azot, dostarczany w butlach stalowych pod ciśnieniem, jest czasami używany w podobny sposób. W tym przypadku wystarczy zagotować, aby uzyskać silny efekt chłodzący. Przez lata było to realizowane (w ograniczonych zastosowaniach) poprzez zalanie strefy roboczej. Od 2005 roku ten sposób chłodzenia jest stosowany w sposób porównywalny do MQL (z podawaniem przez wrzeciono i przez końcówkę narzędzia). Chłodzi to korpus i końcówki narzędzia do takiego stopnia, że działa ono jak „gąbka termiczna”, zasysając ciepło z interfejsu narzędzie-wióro. Ten nowy rodzaj chłodzenia azotem jest wciąż opatentowany. Żywotność narzędzia została zwiększona 10-krotnie podczas frezowania twardych metali, takich jak tytan i inconel.
Alternatywnie, wykorzystując przepływ powietrza w połączeniu z szybko odparowującą substancją (np. alkohol, woda itp.) może być stosowany jako skuteczne chłodziwo podczas pracy z gorącymi przedmiotami, które nie mogą być chłodzone alternatywnymi metodami.
Dawna praktykaEdit
- W dziewiętnastowiecznej praktyce obróbki skrawaniem, nie było rzadkością stosowanie zwykłej wody. Był to po prostu praktyczny sposób na chłodzenie frezu, niezależnie od tego, czy zapewniał on smarowanie na styku krawędź skrawająca – wiór. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że stal szybkotnąca (HSS) nie została jeszcze opracowana, potrzeba chłodzenia narzędzia staje się jeszcze bardziej oczywista. (HSS zachowuje swoją twardość w wysokich temperaturach, inne węglowe stale narzędziowe nie). Udoskonaleniem była woda sodowa (wodorowęglan sodu w wodzie), która lepiej hamowała rdzewienie prowadnic maszyn. Te opcje nie są na ogół używane dzisiaj, ponieważ bardziej skuteczne alternatywy są dostępne.
- Tłuszcze zwierzęce, takie jak łój lub smalec były bardzo popularne w przeszłości. Są one obecnie rzadko używane, ze względu na szeroką gamę innych opcji, ale pozostają jako opcja.
- Stare teksty szkoleniowe dla warsztatów maszynowych mówią o stosowaniu czerwonego i białego ołowiu, często mieszanego ze smalcem lub olejem smalcowym. Praktyka ta jest przestarzała ze względu na toksyczność ołowiu.
- Od połowy XX wieku do lat 90-tych XX wieku, 1,1,1-trichloroetan był stosowany jako dodatek do niektórych cieczy chłodząco-smarujących, aby zwiększyć ich skuteczność. W slangu warsztatowym był on określany jako „jeden-jeden-jeden”. Został wycofany z użycia z powodu właściwości niszczących warstwę ozonową i działających depresyjnie na centralny układ nerwowy.