СОЖ (смазочно-охлаждающие жидкости) – это специальные химические составы, которые используются при различных операциях обработки металла для охлаждения, смазывания, очистки инструментов и деталей. 

Они являются неотъемлемой частью современных производственных процессов, так как обеспечивают высокую эффективность работы, позволяют улучшить качество продукции и снизить износ оборудования.

В состав СОЖ входят различные компоненты, которые выполняют те или иные функции. Рассмотрим их подробнее.

Что входит в состав СОЖ?

Перед тем, как начать разбираться, из чего состоит СОЖ, стоит отметить, что они подразделяются на две большие группы  масляные и водосмешиваемые. Первые, как следует из названия, представляют собой минеральные, реже синтетические масла – чистые или с присадками. 

Водосмешиваемые СОЖ – это концентраты, которые разбавляются водой. Они содержат разное количество масла или не содержать его совсем – в зависимости от типа. Так, эмульсионные жидкости могут на 85 % состоять из компонентов нефтяного происхождения, полусинтетические включают до 50 % таких веществ, в синтетические, как правило, имеют безмасляный состав. 

Чем больше процент масла в СОЖ, тем она более горюча, тем выше ее испаряемость и хуже охлаждающая способность. Однако плюсы у такого типа жидкостей тоже, несомненно, есть: они обладают прекрасными смазывающими и антикоррозионными свойствами.

Вода – обязательный компонент всех водосмешиваемых концентрированных СОЖ. Она обеспечивает охлаждение инструмента и деталей, а также является средой для растворения других элементов.

Помимо воды и базовых масел, в состав СОЖ для металлообработки могут входить:

  • Эмульгаторы

  • Ингибиторы коррозии

  • Присадки: противоизносные, противозадирные, антифрикционные

  • Пеногасители

  • Биоциды

Теперь о каждом компоненте отдельно.

Базовое масло

Для производства СОЖ может использоваться различные виды масел – все зависит от требуемых свойств и характеристик жидкости.

Наиболее распространены минеральные масла. Они обладают хорошими смазывающими свойствами и доступны по цене.

Синтетические масла в составе СОЖ для станков используются редко. Это экономически нецелесообразно. Да, их смазочная способность и стабильность гораздо лучше, чем у минеральных, однако с учетом большого расхода жидкости оправданнее создавать ее на нефтяной основе. 

В состав полусинтетических СОЖ могут входить эфирные масла. Жидкости на основе полиэфиров обладают низкой испаряемостью, отличной термостойкостью и антифрикционными свойствами.  

При производстве смазочно-охлаждающих жидкостей используются также технические растительные масла –но не в качестве базы, а в роли антифрикционных добавок. 

Вода

Производительность любой водосмешиваемой СОЖ во многом зависит от качества воды, используемой для ее приготовления. Она должна быть очищенной от загрязнений и не зараженной бактериями.

Важнейший критерий выбора «правильной» воды для приготовления смазочно-охлаждающей жидкости – ее жесткость, т.е. содержание растворенных солей кальция и магния.

Идеальной для СОЖ считается жесткость около 90 ppm (промиллей, или частей на миллион). Если этот показатель ниже, т.е. вода мягче, пенообразование жидкости может быть повышено.  

Если жесткость воды превышает 300 ppm, эмульсия будет нестабильной. Причина – химическая реакция большого количества минералов с эмульгаторами. В результате этого ухудшаются антикоррозионные свойства СОЖ, увеличивается риск ее разложения, образования твердого нерастворимого осадка и накипи. 

Эмульгаторы

Эмульгирующие агенты – это вещества, отвечающие за стабильность эмульсий. Благодаря им СОЖ не расслаивается на воду и масло.

В качестве эмульгаторов выступают поверхностно-активные вещества (ПАВ). Они понижают поверхностное натяжение на границе раздела компонентов и тем самым способствуют их качественному смешиванию.

Помимо своей основной функции, эмульгаторы выполняют роль смазочных веществ и ингибиторов коррозии. В составе концентрата СОЖ их до 40 %.

Ингибиторы коррозии 

Некоторые вещества в составе СОЖ могут оказывать негативное воздействие на металлические детали и инструменты для их обработки. В результате на них развивается коррозия.

Это явление может быть также вызвано окислением масляных жидкостей, появлением в них продуктов разложения. Под воздействием СОЖ металл может поменять свои электрохимические свойства, стать анодом или катодом в электрохимической реакции, что приведет к запуску коррозионных процессов.


СОЖ для металлообработки

Источник изображения: Dmitry Kalinovsky / www.shutterstock.com/ru


Предотвратить это призваны специальные добавки в СОЖ – ингибиторы коррозии. Это могут быть амины, сульфонаты, карбоновые кислоты, соединения бора и пр. В ряде случаев их роль выполняют присадки, используемые для улучшения смазочных свойств жидкостей: полимерные ненасыщенные жирные кислоты, дисульфиды, аминофосфаты.

Присадки

В качестве противоизносных (полярных) присадок в СОЖ вводят жирные кислоты, сложные эфиры, полигликоли и другие вещества, образующие защитную мембрану. Благодаря ее наличию минимизируется трение металлических поверхностей друг о друга, снижается их износ, сокращается количество бракованных изделий.

Противозадирные присадки помогают избежать деформации и сварки металла – процессов, которые могут происходить при контакте деталей под большой нагрузкой. Выделяющаяся при этом кинетическая энергия вызывает резкое повышение температуры.


Устранить проблему позволяет введение в состав СОЖ фосфатов, серы, хлора (последний, однако, не так широко используется в настоящее время по экологическим причинам). 


Антифрикционные добавки увеличивают текучесть СОЖ, улучшают ее смазывающие свойства. В результате жидкость лучше распределяется по рабочей зоне и эффективно снижает трение контактирующих поверхностей.

Обычно в качестве антифрикционных присадок используются технические растительные масла и жиры (рапсовое масло, свиной жир), жирные кислоты и их эфиры, полимерные ненасыщенные жирные кислоты. Их содержание составляет от 5 до 25 %.

Пеногасители

Вспенивание СОЖ – ситуация, нежелательная при любых операциях обработки металла. Обогащенный воздухом состав заметно хуже охлаждает, имеет пониженные моющие и смазывающие способности.

В качестве пеногасителей в составе СОЖ используются силиконовые масла, восковые эмульсии, соединения кальция.

Самый распространенный вид ингибиторов пенообразования – вещества на силиконовой основе. Они обладают очень низким поверхностным натяжением, не растворяются в воде и масле. Когда силикон соприкасается с пеной, то разрушает ее, вытесняя молекулы ПАВ. Дополнительного эффекта можно достичь, используя более жесткую воду. Для этого в нее вводят ацетат калия.

Биоциды

Одна из частых причин преждевременного «старения» СОЖ – размножение в ней бактерий. Серьезным источником микробиологического загрязнения является вода, используемая для приготовления эмульсии. В самом концентрате также содержатся некоторые элементы, которые способствуют развитию и питанию вредных микроорганизмов – это эмульгаторы, ПАВ, стабилизаторы, антикоррозионные добавки и пр.

Для подавления процесса бактериального заражения СОЖ в них вводят синтетические биоциды – либо одновременно с другими компонентами при производстве, либо постепенно в процессе использования жидкости. 

Принцип действия биоцидов связано с их свойством быть коагулянтами и флокулянтами. Коагуляция – это образование коллоидных соединений с загрязнителями. Внешне они похожи на мельчайшие хлопья. В процессе флокуляции они сливаются друг с другом и осаждаются вниз.

В качестве бактерицидных присадок чаще всего используют полиакриломид, акриловую и метаакриловую кислоту, триазин, оксазолидин, пропиленгликоль, этиленгликоль.

Способы подачи СОЖ

Эффективность применения СОЖ сильно зависит от способа ее подачи в рабочую зону. 

Чаще всего это происходит:

  • Свободно падающей струей (режим полива)

  • Через сопловые насадки напорной струей

  • Через каналы в инструменте под высоким давлением

  • Методом распыления (MQL)

Режим полива – самый простой и экономичный. Смазочно-охлаждающая жидкость просто стекает вниз из сопел под действием силы тяжести. Давление при этом составляет 0.03-0.1 Мпа.

Подача СОЖ из сопел под давлением осуществляется в случае, когда ее необходимо доставить в труднодоступные места – например, при сверлении глубоких отверстий. Стандартное давление – в пределах 0.1-2.5 Мпа, максимальное – 10 МПа. Слишком большого напора лучше избегать, так как будет трудно контролировать направление струи. Кроме того, жидкость может сильно разбрызгиваться. 

Подавать СОЖ по каналам позволяют далеко не все инструменты, так как многие их не имеют. Этот метод чаще всего применяют при работе с глубокими отверстиями, твердыми сплавами, вязкими металлами. Жидкость предварительно очищается от абразивных частиц с помощью фильтров и доставляется в зону обработки с помощью специальных патронов.

Наиболее современной технологией является распыление СОЖ – MQL. Сверхмалые дозы жидкости в виде аэрозоля поступают в зону контакта режущего инструмента и обрабатываемой детали. Для данного метода используют, в основном, биоразлагаемые масляные СОЖ на растительной основе.

Основное преимущество MQL – низкий расход жидкости и минимум вреда окружающей среде при ее утилизации.

Правила подбора, приготовления и эксплуатации СОЖ 

Чтобы определить, какую СОЖ лучше использовать для определенной операции, следует уточнить вид и особенности металла (сплава).

Алюминий, к примеру, при фрезеровке образует много стружки, поэтому, чтобы гарантировать качество чистовой обработки, смазочно-охлаждающая жидкость должна обладать высокими моющими свойствами. Этому требованию отвечают составы на основе глицерина, этиленгликоля, или жирных кислот.

При работе с ковким чугуном материал обычно охлаждают эмульсиями с антикоррозионными присадками. Для нержавеющей стали лучше подходят масляные СОЖ с противозадирными добавками.

Если смазочно-охлаждающая жидкость представлена в виде концентрата, необходимо определиться с пропорциями смешивания. Учитывайте, что СОЖ со слишком низкой концентрацией активного вещества не будет выполнять свои функции, что приведет к снижению производительности станка. 


Слишком концентрированная жидкость может вспениваться и оказывать вредное воздействие на здоровье работников. Нужные пропорции указаны производителем в технической документации.


Концентрат СОЖ небольшими дозами добавляется в воду и тщательно перемешивается. Если делать наоборот, эмульсия может расслоиться, что недопустимо. 


СОЖ

Источник изображения: NDAB Creativity / www.shutterstock.com/ru


В зависимости от свойств конкретного металла и специфики операции процент содержания концентрата в воде колеблется от 3 до 12. Для шлифования, к примеру, достаточно обычно 3 %, а для резания – более 5 %.

Готовую СОЖ заправляют в аппарат непрерывной подачи в самом начале работы, не дожидаясь, пока инструмент нагреется. В процессе контролируют расход жидкости – он должен составлять не менее 10-15 литров в минуту (независимо от состава).


Подают СОЖ в зоны максимально высокой температуры и туда, где образуется металлическая стружка. 


Ограничением применения смазочно-охлаждающей жидкости являются хрупкие металлы (например, бронза). Мелкая крошка при их обработке смешивается с СОЖ и забивает в узлы оборудования.

Срок годности и правила хранения СОЖ

Срок годности водосмешиваемых СОЖ варьируется от 6 до 12 месяцев. Хранить концентрат необходимо в сухом, прохладном, хорошо вентилируемом месте.

Тара для хранения должна быть правильно промаркирована и надежно закрыта. Устанавливать ее следует вдали от источников тепла, прямых солнечных лучей и сильных окислителей. Емкости регулярно проверяют и при необходимости очищают. 

Оптимальный интервал температур хранения – от +4 до +40 °C. Выхода за его рамки следует избегать: при перегреве возможны нежелательные химические реакции, испарение компонентов, нарушение стабильности концентрата. 

При слишком низких температурах водная составляющая может замерзнуть, а сам продукт – расслоиться. После размораживания некоторые присадки выпадают в осадок.