Skärvätska

VätskorRedigera

Det finns i allmänhet tre typer av vätskor: mineraliska, halvsyntetiska och syntetiska. Halvsyntetiska och syntetiska skärvätskor är försök att kombinera oljans bästa egenskaper med vattnets bästa egenskaper genom att suspendera emulgerad olja i en vattenbas. Dessa egenskaper är bl.a. rostskydd, tolerans för ett brett spektrum av vattenhårdhet (pH-stabilitet runt 9-10), förmåga att arbeta med många metaller, motståndskraft mot termisk nedbrytning och miljösäkerhet.

Vatten är en bra värmeledare men har nackdelar som skärvätska. Det kokar lätt, främjar rostning av maskindelar och smörjer inte bra. Därför behövs andra ingredienser för att skapa en optimal skärvätska.

Mineraloljor, som är petroleumbaserade, började användas i skärtillämpningar i slutet av 1800-talet. De varierar från de tjocka, mörka, svavelrika skäroljor som används i tung industri till lätta, klara oljor.

Semisyntetiska kylmedel, även kallade löslig olja, är en emulsion eller mikroemulsion av vatten med mineralolja. I verkstäder som använder brittisk engelska kallas löslig olja i vardagligt tal för SUDS. Dessa började användas på 1930-talet. En typisk CNC-verktygsmaskin använder vanligtvis emulgerad kylvätska, som består av en liten mängd olja som emulgerats i en större mängd vatten genom användning av ett rengöringsmedel.

Syntetiska kylvätska har sitt ursprung i slutet av 1950-talet och är vanligen vattenbaserade.

Den officiella tekniken för att mäta oljekoncentrationen i skärvätskeprover är manuell titrering: 100 ml av den testade vätskan titreras med en 0,5 M HCl-lösning till en slutpunkt på pH 4 och den volym titreringsmedel som används för att nå slutpunkten används för att beräkna oljekoncentrationen. Denna teknik är exakt och påverkas inte av vätskekontaminering, men måste utföras av utbildad personal i en laboratoriemiljö. En handhållen refraktometer är den industriella standard som används för att bestämma blandningsförhållandet för vattenlösliga kylmedel som uppskattar oljekoncentrationen från provets brytningsindex mätt i Brixskalan. Refraktometern gör det möjligt att mäta oljekoncentrationen på plats i industrianläggningar. Kontaminering av provet minskar dock mätningens noggrannhet. Andra tekniker används för att mäta oljekoncentrationen i skärvätskor, t.ex. mätning av vätskans viskositet, densitet och ultraljudshastighet. Annan testutrustning används för att bestämma sådana egenskaper som surhet och konduktivitet.

Allt annat inkluderar:

• Kerosin och gnidsprit ger ofta bra resultat vid arbete på aluminium.
• WD-40 och 3-In-One Oil fungerar bra på olika metaller. Den sistnämnda har en citronellalukt; om lukten stör, fungerar mineralolja och allmänna smörjoljor ungefär lika bra.
• Way oil (den olja som tillverkas för verktygsmaskiners vägar) fungerar som skärolja. Faktum är att vissa skruvmaskiner är konstruerade för att använda en olja som både vägolja och skärolja. (De flesta verktygsmaskiner behandlar vägolja och kylvätska som separata saker som oundvikligen blandas under användning, vilket leder till att man använder skummare för trampolja för att separera dem igen.)
• Motoroljor har ett något komplicerat förhållande till verktygsmaskiner. Motoroljor med rak vikt som inte ger rengöringsmedel kan användas, och för flera årtionden sedan var SAE 10- och SAE 20-oljor de rekommenderade spindel- respektive vägoljorna på manuella verktygsmaskiner, även om det numera är särskilda vägoljeformler som dominerar vid kommersiell maskinbearbetning. Nästan alla motoroljor kan fungera som lämpliga skärvätskor enbart med tanke på deras skärprestanda, men moderna flerviktsmotoroljor med tvättmedel och andra tillsatser bör undvikas. Dessa tillsatser kan utgöra ett problem med kopparkorrosion i mässing och brons, som verktygsmaskiner ofta har i sina lager och spindelmuttrar (särskilt äldre eller manuella verktygsmaskiner).
• Dielektrisk vätska används som skärvätska i elektriska urladdningsmaskiner (EDM). Det är vanligtvis avjoniserat vatten eller en fotogen med hög flampunkt. Intensiv värme genereras av elektrodens (eller trådens) skärande verkan och vätskan används för att stabilisera arbetsstyckets temperatur samt för att spola bort eventuella eroderade partiklar från det omedelbara arbetsområdet. Den dielektriska vätskan är icke-ledande.
• Vätskekylda (vatten eller petroleumolja) vattenbord används vid plasmabågskärning (PAC).
• Nätfotolja av högsta kvalitet används som smörjmedel. Den används inom metallbearbetande industrier som skärvätska för aluminium. För bearbetning, tappning och borrning av aluminium är den överlägsen fotogen och olika vattenbaserade skärvätskor.

Pastor eller gelEdit

Skärvätska kan också ha formen av en pasta eller gel när den används för vissa tillämpningar, särskilt vid handarbeten som borrning och gängning. Vid sågning av metall med en bandsåg är det vanligt att man regelbundet kör en pastasticka mot bladet. Denna produkt liknar i formfaktor läppstift eller bivax. Den levereras i ett kartongrör som sakta förbrukas vid varje användning.

Aerosoler (dimmor)Redigera

Vissa skärvätskor används i aerosolform (luft med små vätskedroppar utspridda i luften). De största problemen med dimma har varit att de är ganska dåliga för arbetarna, som måste andas in den omgivande dimmaförorenade luften, och att de ibland inte ens fungerar särskilt bra. Båda dessa problem beror på den oprecisa leveransen, som ofta innebär att dimman sprids överallt och hela tiden utom i skärgränssnittet, under snittet – den enda plats och tidpunkt där den är önskvärd. En nyare form av aerosoltillförsel, MQL (minimum quantity of lubricant), undviker dock båda dessa problem. Aerosolen levereras direkt genom verktygets skåror (den anländer direkt genom eller runt själva skäret – en idealisk typ av skärvätsketillförsel som traditionellt sett har varit otillgänglig utanför några få sammanhang, t.ex. pistolborrning eller dyra, toppmoderna vätsketillförsel vid produktionsfräsning). MQL:s aerosol levereras på ett så exakt målinriktat sätt (med avseende på både plats och tidpunkt) att nettoeffekten nästan verkar vara som torrbearbetning ur operatörens perspektiv. Spånen verkar i allmänhet som torrbearbetade spåner, som inte kräver någon dränering, och luften är så ren att bearbetningscellerna kan placeras närmare inspektion och montering än tidigare. MQL ger inte mycket kylning i form av värmeöverföring, men dess välriktade smörjverkan förhindrar att en del av värmen överhuvudtaget genereras, vilket bidrar till att förklara dess framgång.

CO2-kylmedelRedigera

Koldioxid (kemisk formel CO2) används också som kylmedel. I denna tillämpning tillåts trycksatt flytande koldioxid expandera och detta åtföljs av en temperatursänkning som är tillräcklig för att orsaka en fasförändring till ett fast ämne. Dessa fasta kristaller leds in i skärzonen antingen genom externa munstycken eller genom spindeln för att ge temperaturkontrollerad kylning av skärverktyget och arbetsstycket.

Luft eller andra gaser (t.ex. kväve)Redigera

Ambient luft var förstås det ursprungliga kylmedlet för maskinbearbetning. Komprimerad luft, som levereras via rör och slangar från en luftkompressor och som släpps ut från ett munstycke riktat mot verktyget, är ibland ett användbart kylmedel. Kraften i den dekomprimerande luftströmmen blåser bort spåner, och själva dekompressionen har en viss grad av kylning. Nettoresultatet är att värmen från bearbetningsskäret transporteras bort lite bättre än med enbart omgivande luft. Ibland tillsätts vätskor till luftströmmen för att bilda en dimma (dimkylsystem, beskrivet ovan).

Vätskekväve, som levereras i trycksatta stålflaskor, används ibland på liknande sätt. I detta fall räcker det med kokning för att ge en kraftig kylande effekt. I åratal har detta gjorts (i begränsade tillämpningar) genom att översvämma arbetsområdet. Sedan 2005 har denna typ av kylmedel använts på ett sätt som är jämförbart med MQL (med leverans genom spindeln och genom verktygsspetsen). Detta kyler verktygets kropp och spetsar till en sådan grad att det fungerar som en ”termisk svamp” som suger upp värmen från gränssnittet mellan verktyg och chip. Denna nya typ av kvävekylning är fortfarande patenterad. Verktygslivslängden har ökat med en faktor 10 vid fräsning av hårda metaller som titan och inconel.

Alternativt kan användning av luftflöde i kombination med ett snabbt avdunstande ämne (t.ex. alkohol, vatten etc.) användas som ett effektivt kylmedel när man hanterar heta delar som inte kan kylas med alternativa metoder.

Tidigare praxisRedigera

• I 1800-talets maskinbearbetningspraxis var det inte ovanligt att man använde vanligt vatten. Detta var helt enkelt en praktisk åtgärd för att hålla skäret kallt, oavsett om det gav någon smörjning vid gränssnittet skärkant-spånskiva eller inte. När man betänker att höghastighetsstål (HSS) ännu inte hade utvecklats blir behovet av att kyla verktyget än mer uppenbart. (HSS behåller sin hårdhet vid höga temperaturer, vilket andra verktygsstål med kol inte gör). En förbättring var sodavatten (natriumbikarbonat i vatten), som bättre förhindrade rostning av maskinsläden. Dessa alternativ används i allmänhet inte idag eftersom effektivare alternativ finns tillgängliga.
• Animaliska fetter som talg eller ister var mycket populära förr i tiden. De används sällan i dag på grund av det stora utbudet av andra alternativ, men finns fortfarande kvar som ett alternativ.
• I gamla utbildningstexter för maskinverkstäder talas det om att använda rött bly och vitt bly, ofta blandat i ister eller späckolja. Denna praxis är föråldrad på grund av blyets giftighet.
• Från mitten av 1900-talet till 1990-talet användes 1,1,1,1-trikloretan som en tillsats för att göra vissa skärvätskor mer effektiva. I slang på verkstadsgolvet kallades det för ”ett-ett-ett-ett”. Den har fasats ut på grund av sina ozonnedbrytande och centralnervsdeprimerande egenskaper.