Виды СОЖ и их особенности

В процессе обработки металла на различных станках – токарных, фрезерных, шлифовальных и прочих – между инструментом и заготовкой неизбежно возникает трение. При этом выделяется большое количество тепла. 

Оба этих фактора негативно сказываются на качестве обработки поверхностей и приводят к быстрому износу оборудования. Более того, перегрев может вызвать повреждение структуры металла. Избежать таких последствий помогают смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).

Как следует из названия, эти многокомпонентные составы предназначены для смазывания и охлаждения инструментов, а также деталей из черных и цветных металлов. СОЖ минимизируют трение, защищают оснастку и заготовки от высоких температур, не дают развиваться коррозии, вымывают из рабочей зоны абразивные частицы.

Рассмотрим, какие виды СОЖ существуют, в чем преимущества и недостатки каждого типа, в каком виде металлообработки лучше применять ту или иную жидкость.

Основные виды СОЖ

Основной критерий классификации смазочно-охлаждающих жидкостей – состав.

В зависимости от него выделяют:

• Масляные СОЖ

• Водосмешиваемые СОЖ (эмульсионные, синтетические, полусинтетические)

СОЖ различаются также формой выпуска. Чаще всего они представлены в виде концентратов, нуждающихся в разбавлении, но есть и готовые к применению эмульсии. В отдельную группу стоит вынести аэрозоли для нестационарного оборудования.

Главные технические характеристики любой СОЖ – плотность и вязкость. Именно от этих параметров зависят смазывающие и охлаждающие качества жидкости. Еще одним важным свойством СОЖ является температура замерзания – она определяет возможности ее применения.

Масляные жидкости

Масляные СОЖ – это минеральные масла, имеющие вязкость от 2 до 40 мм2/с при +50 °С. Они могут быть чистыми или содержать различные присадки (антифрикционные, противозадирные, антикоррозионные и др.).

Основное достоинство масляных СОЖ – их отличные смазывающие свойства. Несомненным плюсом является и то, что такие жидкости выпускаются уже готовыми к применению.

Недостатков, однако, отмечается больше. Среди них:

• Низкая способность к охлаждению

• Высокая испаряемость

• Пожароопасность (так как производятся из нефтепродуктов)

Масляные виды смазочно-охлаждающих жидкостей традиционно используются для защиты металлообрабатывающих станков, работающих на низких скоростях, но с большой глубиной резания. Жидкости на основе чистого минерального масла без добавок широко применяются при сверлении, развертывании, хонинговании углеродистых сталей, чугуна и цветных металлов (бронзы, латуни, меди).

Труднообрабатываемые материалы требуют применения более сложных по составу СОЖ.

Чем прозрачнее масляная жидкость, тем лучше – так как она не мешает нормальному обзору рабочей зоны. В целях обеспечения безопасности персонала специалисты советуют отдавать предпочтение тем продуктам, которые не содержат хлора и не образуют масляного тумана.

Источник изображения: Pixel B / www.shutterstock.com/ru

Водосмешиваемые жидкости

Водосмешиваемые смазочно-охлаждающие жидкости представлены в виде концентратов. Рабочие эмульсолы готовятся непосредственно перед применением. Обязательное условие получения качественного продукта – правильное соотношение воды и концентрата. Жидкость добавляется в воду в нужных пропорциях и тщательно перемешивается.

В состав водорастворимых СОЖ входят компоненты органической и неорганической природы: эмульгаторы, спирты, вода, электролиты, биоциды, различные антикоррозионные, противоизносные и другие присадки.

Главные преимущества жидкостей этого вида – невысокая стоимость, низкая пожарная опасность, хорошие охлаждающие свойства. 

Из недостатков можно выделить склонность к пенообразованию, высокую степень биопоражения микроорганизмами, а также особые, требующие расходов, правила утилизации.

Существует несколько типов СОЖ, разбавляемых водой: эмульсионные, полусинтетические и синтетические.

Эмульсионные СОЖ

Эмульсионные СОЖ представляют собой грубодисперсные продукты, получаемые из масла, воды (5-30 %) и эмульгаторов, стабилизирующих диспергированные частицы масла. Ряд жидкостей содержат также связующие вещества, ингибиторы коррозии, бактерициды, биоциды, различные присадки.

Эмульсионные жидкости отличаются белым цветом и высокими смазочными способностями.

Полусинтетические СОЖ

Полусинтетические СОЖ – это концентрированные жидкости с коллоидной степенью дисперсии. Рабочий раствор полупрозрачный, может содержать до 50 % минеральных масел.

Полусинтетические жидкости характеризуются отличными смазывающими, охлаждающими и антикоррозионными свойствами. Из недостатков – низкая стабильность в жесткой воде, возможность легкого загрязнения другими маслами, некоторая токсичность.

Компания «Эффективный Элемент» производит широкий ассортимент полусинтетических СОЖ, которые отличаются высокими эксплуатационными характеристики.

Смазочно-охлаждающая жидкость EFELE CF-621 предназначена для различных операций металлообработки. Оригинальная рецептура эмульсий на основе синтетических продуктов с добавлением композиции минеральных масел (не более 20 %) обеспечивает эффективную комбинацию смазочных, моющих и чистящих свойств СОЖ.

Обрабатываемые материалы:

• Чугун
• Сталь
• Высоколегированная сталь
• Нержавеющая сталь
• Алюминиевые сплавы
• Титан

Синтетические СОЖ

Синтетические СОЖ – это не содержащие масел концентраты с молекулярной степенью дисперсности. В состав таких жидкостей входят поверхностно-активные вещества (ПАВ), вода, водорастворимые полимеры и присадки.

Рабочий раствор в концентрации 1-10 % обладает превосходными охлаждающими, смазочными и противоизносными характеристиками. Минусы синтетических СОЖ такие же, как у полусинтетических. Сюда же добавим высокую стоимость.

Все водосмешиваемые типы СОЖ подходят для высокоскоростных режимов обработки металлов. Возможность получить раствор различной концентрации делает сферу применения таких эмульсолов очень широкой.

Одна и та же марка водорастворимой смазочно-охлаждающей жидкости может использоваться, к примеру, при черновой механической обработке (в концентрации 2-5 %) или проведении особо трудных операций глубокого зенкования, сверления и пр. (в концентрации до 8 %).

Рекомендуемые пропорции смешивания с водой и применяемость СОЖ приводятся ее производителем в технической документации. Точное соблюдение дозировок гарантирует стабильность готового раствора СОЖ и позволяет сделать процесс обработки металлов максимально эффективным.

Как выбрать СОЖ для металлообработки?

Смазочно-охлаждающие жидкости применяются, в основном, при токарной и фрезерной обработке металлов.

Конкретная СОЖ выбирается исходя из условий производства:

• Типа станка

• Вида инструмента

• Особенностей проводимой операции

• Разновидности металла

• Способа подачи рабочей эмульсии

Рассмотрим, какие жидкости рекомендуется использовать для того или иного оборудования.

СОЖ для токарных станков

Однозначно сказать, какая СОЖ лучше подходит для токарной обработки, нельзя. Выбор должен осуществляться с учетом скоростей работы станка и характеристик обрабатываемого металла.

При высокоскоростных токарных операциях лучше использовать водосмешиваемые СОЖ – благодаря отличным теплоотводящим и антифрикционным свойствам они успешно справляются со своими задачами.

В состав концентрата СОЖ для токарных станков обязательно должны входить присадки, предотвращающие коррозию узлов оборудования – даже при работе с нержавеющими металлами. В эмульсию для защиты деталей из вязких металлов, способных к пластической деформации, вводят противозадирные компоненты.

СОЖ для фрезерных станков

Набор требований к СОЖ для фрезерных станков зависит от режима резания, а также материала инструмента и заготовки. Необходимо учитывать, что фрезерование – прерывистый процесс, поэтому интенсивно охлаждать зону реза нельзя – это может привести к образованию трещин на кромках оснастки из-за резких перепадов температур.

Именно поэтому СОЖ для фрез с пластинами из твердых сплавов должны обладать высокими смазочными и низкими охлаждающими свойствами.

При обработке деталей нержавеющей стали и алюминия следует применять жидкости с противозадирными присадками – они обеспечивают высокое качество обработки поверхностей.

СОЖ для шлифовальных станков

СОЖ для станков шлифовки металлов не должны образовывать туман и вспениваться, содержать горючие вещества и опасные для здоровья работников компоненты.

Так как в процессе шлифования образуется большое количество абразивной пыли, СОЖ должна обладать улучшенными моющими свойствами. Это позволяет избежать повреждения шлифуемых поверхностей и достичь высокого качества обработки деталей.

СОЖ для сверлильных станков

На выбор смазочно-охлаждающей жидкости для сверлильного станка влияет несколько факторов – это и режим резания, и глубина, и требуемая чистота обработки. 

К примеру, СОЖ для глубокого сверления должна содержать антифрикционные и противозадирные присадки, обладать высокой теплоотводящей способностью.

Источник изображения: Pixel B / www.shutterstock.com/ru

Жидкости для сверления деталей из нержавеющей стали должны препятствовать налипанию металла на инструмент – за это отвечают специальные присадки.

Для смазывания и охлаждения сверл из твердых сплавов используют СОЖ с добавками, препятствующими выгоранию кобальта.

СОЖ для станков обработки металлов давлением

Выбор той или иной СОЖ для обработки металлов давлением зависит от того, какая операция выполняется – например, штамповка (горячая или холодная), прессование.

Для горячей штамповки используются, как правило, негорючие водосмешиваемые СОЖ с графитовым компонентом (можно и без него). Применение масляных жидкостей также допускается – главное, чтобы в их составе присутствовал графит.

За счет этого вещества на поверхностях оснастки и деталях образуется смазочная пленка с хорошими разделительными свойствами. Она предотвращает жесткий контакт матрицы и заготовки, тем самым уменьшая износ оборудования.

В последнее время более востребованными становятся СОЖ с особыми полярными присадками – эфирами. Они обладают невысокой вязкостью, легко наносятся и при нагреве испаряются, не требуя последующей очистки.

Для холодной обработки металлов давлением подходят СОЖ на масляной основе с различными присадками, придающими им нужные эксплуатационные свойства: устойчивость к коррозии, износу, образованию задиров. Защитная пленка, создаваемая такими жидкостями, снижает трение между инструментом и заготовками, уменьшает риск появления дефектов на поверхностях деталей.

Сроки замены смазочно-охлаждающей жидкости

Замена СОЖ для металлообработки производится по окончанию срока годности продукта – он указан производителем в технической документации. В ряде случаев может понадобиться досрочная замена – если внешний вид жидкости и ее эксплуатационные характеристики значительно ухудшились.

Практика показывает, что масляные жидкости служат дольше водосмешиваемых. Дело в том, что вода является благоприятной средой для развития вредных микроорганизмов. В результате у СОЖ снижается уровень кислотности Рн, появляется неприятный запах.

Негативное влияние на водорастворимые СОЖ оказывают также повышенные температуры, попадание в них смазочных материалов и абразивов. При наличии этих факторов эмульсия теряет стабильность, становится токсичной.

Своевременно выявить непригодность жидкости для дальнейшего использования позволяет текущий контроль состояния СОЖ. 

Его периодичность следующая (определена стандартом):

• Для масляных СОЖ – 1 раз в месяц

• Для эмульсионных СОЖ – 1 раз в неделю

• Для полусинтетических и синтетических СОЖ – 1 раз в 2 недели

Тенденции российского рынка СОЖ

До последнего времени первые места в рейтинге СОЖ для металлообработки занимали продукты зарубежных брендов – таких как Henkel, Blaser, BECHEM и др. Данные компании специализируются на выпуске смазочно-охлаждающих жидкостей.

Однако сегодня российские производства все чаще выбирают отечественные материалы.

Во-первых, в стоимости. Цена на импортные СОЖ высока, в том числе из-за дополнительных затрат на доставку и растаможивание. Во-вторых, в перебоях с поставками из-за рубежа. В-третьих, в большой вероятности приобрести под видом фирменных материалов фальсифицированные. А они могут представлять опасность не только для оборудования, но и для работников предприятий.

Российские изготовители СОЖ ориентируются, прежде всего, на внутренний рынок. Они производят большие объемы продукции, из которого экспортируют лишь малую долю. В связи с этим поставки осуществляются оперативно.

С развитием химической промышленности России количество передовых разработок в области смазочно-охлаждающих жидкостей кратно возросло. Масляные СОЖ, используемые в сложных процессах резания, теперь включают маслорастворимые гликоли и фосфоэфиры. Эти компоненты помогают создавать плотную сорбционную пленку, значительно снижающую коэффициент трения в контактной зоне. В результате срок службы инструмента увеличивается на 50-70 %, а ресурс самой жидкости — на 70-80 %.