Работа станков с ЧПУ предполагает их длительную непрерывную эксплуатацию на высоких скоростях. Для обеспечения стабильной работы станков необходимо применение СОЖ (смазочно-охлаждающих жидкостей), которые помогают продлить срок службы инструмента и добиться высокого качества выпускаемой продукции. 

От правильного выбора и применения СОЖ зависит не только стабильность технологического процесса, но и продления срока службы самого станка. 

Применение СОЖ для станков с ЧПУ

При современном уровне автоматизации производства станки с числовым программным управление работают непрерывно в течение нескольких недель и даже месяцев, обеспечивая при этом заданную точность обработки и качество производимой продукции. Роль человека в таком процессе сводится к минимуму. Квалифицированный наладчик способен обслуживать несколько устройств одновременно. В его функции входит корректировка управляющих программ обработки и контроль работы механизмов.

Автоматизация позволяет вести обработку на высоких скоростях, увеличивая тем самым производительность и сокращая срок окупаемости оборудования. Так скорость вращения шпинделя на токарном станке достигает 20000 об/мин, а скорость линейного перемещения суппорта 10-12 м/мин. С высокими скоростями приходит и ряд проблем, часть из которых можно решить, используя смазочно-охлаждающую жидкость.

Что такое СОЖ

Смазочно-охлаждающая жидкость – это различные составы на основе масла и воды, основное назначение которых – смазка и охлаждение инструмента, обрабатываемых деталей из цветных, черных металлов и сплавов.

Источник изображения: al7 / www.shutterstock.com/ru

Какие проблемы решает применение СОЖ

• Налипание отходов механической обработки – стружки и микрочастиц металла на рабочий инструмент
• Перегрев режущего инструмента и, как следствие, снижение его износостойкости 
• Задиры и повреждения обрабатываемых деталей

Налипание стружки и микрочастиц быстро приводит к забиванию канавок фрезы и изменению геометрии режущей кромки резца.

Задиры на детали являются по своей сути браком и следствием контактного схватывания близких по структуре или однородных металлов. Причиной такого схватывания выступает трение, высокое давление и нагрев в рабочей зоне. 

Все эти три проблемы можно свести к одной – трение. А трение в зоне резания всегда сопровождается избыточным нагревом как инструмента, так и обрабатываемых деталей.

Применение СОЖ в станках с ЧПУ снижает влияние трения на износостойкость инструмента и точность выпускаемых деталей. 

Функции СОЖ при высокоскоростной обработке 

• Отвод стружки из зоны резания

Давление стружки на переднюю поверхность инструмента сопоставимо с давлением в цилиндре самого мощного пресса. Поверхность стружки в момент резания не успевает покрыться окислами, а пленки окислов, имевшихся на передней поверхности режущего инструмента, мгновенно стираются быстро двигающейся стружкой. 

Таким образом, при обработке пластичных металлов, таких как алюминий и низколегированные стали, возникают идеальные условия для схватывания поверхности стружки и режущей кромки инструмента. Происходит так называемое “налипание” – проникновение одного металла в другой на молекулярном уровне. 

Другой проблемой при скоплении стружки в зоне реза становится повторное прохождение инструментом по уже отделенной стружке. Резец проходит и по обрабатываемой поверхности и по уже снятому металлу. В этом случае износостойкость инструмента резко снижается, а время службы катастрофически уменьшается. 

Введение смазочно-охлаждающих жидкостей в зону реза решает проблему скопления в этом месте отходов обработки. СОЖ отводит стружку и создает на поверхности инструменте пленку, предотвращающую слипание. 

• Снижение трения

Одним из основных функциональных свойств СОЖ является оказываемое ею смазывающее действие. Содержащиеся в СОЖ масла и антифрикционные присадки снижают трение за счет образования поверхностной пленки в месте контакта режущего инструмента с поверхностью обрабатываемой детали. Тем самым уменьшаетсz нагрев режущего инструмента, а следственно, и его деформация. Срок службы режущего инструмента увеличивается. 

С применением СОЖ в станках с ЧПУ снижается риск образования задиров и сколов на обрабатываемых поверхностях, которые возникают также от избыточного трения в зоне реза и деформации инструмента из-за нагрева. 

• Отвод тепла или охлаждение

Теплопроводность воды в 24 раза выше, чем теплопроводность воздуха, а значит правильно подобранный система СОЖ на водной основе хорошо отводит тепло от контактирующих поверхностей. Это благотворно влияет на срок службы инструмента и соблюдение размерных допусков обрабатываемых деталей. 

Виды и свойства смазочно-охлаждающих жидкостей

При обработке металла на больших скоростях используют:

• Масляные СОЖ 
• Водосмешиваемые СОЖ

Масляные состоят из минерального масла на 60-95%, одного или смеси масел, присадок различного назначения. Применяются антифрикционные, антикоррозионные, противопенные, противозадирные, противотуманные и другие присадки. Масляные СОЖ обладают хорошим смазывающим действием, защищают инструмент и детали от коррозии. Они поступают к потребителю уже в готовом виде, и из-за этого их считают более удобными.

Водосмешиваемые содержат масла, воду, спирты, специализированные присадки, органические и неорганические вещества. Такие СОЖ применяют в виде эмульсий при абразивной и лезвийной обработке металлов. В продажу они поступают в виде концентратов, которые перед применением необходимо разводить водой в рекомендованных концентрациях. 

Их преимуществом по сравнению с масляными является более высокая теплопроводность, пожаробезопасность, меньшая токсичность и более низкая стоимость. Также большим плюсом водосмешиваемых СОЖ выступает возможность изменять концентрацию продукта для адаптации под различные условия работы. Например, низкую концентрацию 2-2,5% применяют в процессах шлифования, средние цифры при использовании СОЖ 4-7%, а при проведении достаточно сложной механической обработки возможно значительное увеличение концентрации. 

Однако следует помнить, что при применении СОЖ с повышенной концентрацией может негативно отразиться на здоровье обслуживающего персонала, а снижение концентрации до уровня менее 1,5% способно вызвать коррозию в зоне применения.

К недостаткам можно отнести нестабильность, что ограничивает сроки ее использования и хранения, низкие смазывающие свойства и невысокая эффективность при некоторых процессах обработки.

Источник изображения: Lacosteman / www.shutterstock.com/ru

Возможные способы подачи СОЖ

Есть несколько, наиболее часто применяемых, способов подачи СОЖ при обработке металлов резанием:

• Свободно падающей струей
• Струей под давлением
• Распыленной струей

Чаще других применяется способ полива свободно падающей струей. При этом методе струя вытекает из форсунки под действием силы тяжести, без напора, и хорошо проливает зону обработки. Объем подаваемой жидкости зависит от вида и условий выполняемой операции, 

Преимуществом такого метода является значительное повышение срока службы инструмента по сравнению с методом полива. Но у метода есть и существенные недостатки – сильное разбрызгивание жидкости и необходимость комплектации станка насосной станцией.

Подача распыленной струей происходит за счет смешивания СОЖ и воздуха и в зону резания подается в виде аэрозолей. К преимуществам этого метода можно отнести экономичный расход, а также возможность применения в случаях, где невозможно применить полив, или, когда полив неэффективен. Аэрозоли успешно применяют на станках с ЧПУ, в том числе и на многофункциональных. 

Система подачи СОЖ

Система СОЖ – это оборудование, необходимое для подачи, приема и очистки смазочно-охлаждающей жидкости в зоне обработки. 

Такое оборудование включает в свой состав:

• Резервуар с жидкостью
• Насос или насосная станция для подачи жидкости под давлением
• Форсунки
• Фильтры или системы фильтров для очистки жидкости от загрязнения и отходов обработки 
• Систему контроля и регулировки качества жидкости, позволяющая следить за такими параметрами, как концентрация и pH

Из резервуара жидкость насосом через форсунку подается в рабочую зону, охлаждает, смазывает инструмент, смывает отходы обработки и через фильтр или систему фильтров возвращается в резервуар. Таким образом процесс работы системы СОЖ является цикличным. 

Использование СОЖ в установке возможно в оговоренном диапазоне параметров. Как только показатели качества используемой смазочно-охлаждающей жидкости выходят из разрешенного диапазона значений ее меняют и отправляют на регенерацию. 

Как правильно подобрать СОЖ

Выбор смазочно-охлаждающей жидкости для металлообрабатывающих станков зависит от многих факторов, поэтому в этом вопросе лучше прислушаться к рекомендациям производителя. 

Применение той или иной жидкости зависит от типа оборудования, технологического процесса, скоростного режима, вязкости и прочности обрабатываемого металла, применяемого инструмента, способа подачи эмульсии.

Есть общие рекомендации. Например, при токарной и фрезерной обработке упор делается на антифрикционные и теплоотводящие свойства СОЖ. При обработке вязких металлов используются противозадирные присадки. Для работы с высокопрочной и легированной сталью при любом технологическом процессе добавляют противоизносные компоненты. 

Для обеспечения работы шлифовального станка в приоритете моющие свойства эмульсии, чтобы отходы обработки не оставляли следов на уже обработанной поверхности.

Полусинтетическая универсальная СОЖ EFELE CF-621 предназначена для широкого спектра операций металлообработки и была разработана с уникальной рецептурой. Она придает жидкости высокие смазывающие, антипенные и моющие свойства. Это позволяет достичь высокого качества обрабатываемой поверхности, защитить инструмент и заготовку от коррозии.

Операции по металлообработке:

• Нарезание резьбы
• Сверление
• Врезное и профильное шлифование
• Развертывание
• Пиление
• Хонингование и притирка
• Фрезерование
• Точение

Состав способен обрабатывать чугун, сталь, высоколегированную и нержавеющую сталь, титан, алюминиевые и медные сплавы. Диапазон концентраций СОЖ может варьироваться от 5% до 10%, в зависимости от конкретных требований операции и материала.

Контроль качества СОЖ

В ходе эксплуатации первоначально заданные качества и свойства СОЖ теряются, поэтому во время работы необходимо проводить контроль и анализ параметров СОЖ в соответствии с требованиями, разработанными производителем. 

Контроль ведется по нескольким параметрам:

• Концентрация
• Температура
• pH
• Осадок и посторонние включения
• Цвет и запах
• Уровень биозаражения
• Защита от коррозии

При надлежащем контроле можно продлить срок службы СОЖ, не меняя ее полностью, а вводя недостающие компоненты. Каждый из параметров, подлежащих контролю, проверяется с заданной периодичностью и по результатам анализа принимается решение о возможности действий по восстановлению качества применяемых жидкостей, либо полной ее замене.

Периодичность контроля устанавливается Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 52338-2005 Чистота промышленная. Методы испытаний смазочно-охлаждающих жидкостей.

Для масляных СОЖ 1 раз в месяц, для синтетических 1 раз в две недели, для водосмешиваемых 1 раз в неделю.

Как часто требуется замена СОЖ

Замена жидкостей в системе производится по результатам анализов, а также по истечении срока годности продукта, определенного производителем. 

Масляные эмульсолы служат дольше, чем жидкости на водной основе. Это связано с низкой биостойкостью водосмешиваемых СОЖ. Эмульсии являются благоприятной средой для размножения микроорганизмов и грибов, которые обитают на границе воды и масла и питаются эмульгаторами. При их активном размножении СОЖ деградирует, а попросту протухает. 

Биостойкость – важный показатель используемых жидкостей, поэтому при замене отработанной СОЖ требуется промыть систему, но и этого может быть недостаточно. Поэтому для повышения биостойкости используют бактерицидные добавки. 

Вредное воздействие на водосмешиваемые СОЖ оказывает повышение температуры, загрязнение смазочными материалами и отходами обработки.

Несвоевременный контроль и замена СОЖ могут привести к снижению качества обработки или поломке дорогостоящего оборудования. 

Существует ли идеальная СОЖ

Несмотря на разнообразие ингредиентов, из которых возможно изготовление смазочно-охлаждающих жидкостей, производители ограничены требованиями пожаробезопасности, санитарно-гигиеническими нормами, ценовой целесообразностью. 

Поэтому при выборе СОЖ для конкретного технологического процесса с учетом типа станка, условий обработки, материала заготовки, способа подачи СОЖ имеет смысл воспользоваться услугами консультанта производителя.