Kapaliny pro obrábění

Obráběcí kapaliny mísitelné s vodou neboli emulze jsou nepostradatelným pomocníkem při třískovém obrábění.

Obráběcí kapaliny mísitelné s vodou

Emulze jsou disperzní soustavy jemných kapek oleje ve vodě, jejichž stabilita je zajištěna přítomností emulgátoru a koemulgátoru. Další složky obráběcích kapalin mísitelných s vodou jsou inhibitory koroze, biocidy a fungicidy, odpěňovač, EP a AW přísady, eventuálně aditiva potřebná k vylepšení vlastností a funkčnosti při procesu obrábění.

Některé řezné materiály jsou v současné době sice schopny oddělovat třísku i za vysokých teplot pohybujících se mnohdy i v oblasti nad tisíc stupňů Celsia, v podstatě však nepotřebují obráběcí kapalinu. Je možné ale provádět všechny obráběcí operace za tak vysokých teplot? Co se stane třeba s obráběným materiálem v jeho povrchové vrstvě, pokud je vystaven vysoké teplotě? Dosáhne se požadované rozměrové a geometrické přesnosti složitých strojních součástí vyráběných obráběním za sucha? Je tedy možné zbavit se v současné době obráběcích kapalin? Odpověď je jednoznačná - ne.

Mazací vlastnosti obráběcí kapaliny

Obráběcí kapaliny v každém případě chtějí pomáhat a také pomáhají. Svými mazacími vlastnostmi, které mohou být v mnoha případech navýšeny vhodnou EP přísadou, snižují koeficient tření mezi obráběným materiálem, nástrojem a třískou. Dále výrazným chladicím účinkem dokonale odvádějí z prostoru řezu teplo vzniklé při utváření třísky v oblasti plastických a pružných deformací. Spolupodílejí se na vytváření potřebného tvaru třísky, který je pak akceptovatelný pro jednotlivé technologie. Čistí prostor řezu a v případě vysokotlakého chlazení, přiváděného vnitřkem nástroje, zajišťují dopravu odebraného materiálu z prostoru řezu. Jejich neodmyslitelnou součástí jsou mezioperační a někdy i krátkodobé konzervační vlastnosti, které chrání výrobní technologie a jejich produkci před korozí. 

Jednotlivé typové řady obráběcích kapalin se svými vlastnostmi a zaměřením samozřejmě do jisté míry liší. A to v závislosti na jejich struktuře, obsahu oleje, emulgátorů a dalších přísad. Každý správný výrobce jich má ve svém portfoliu celou řadu a kapaliny jsou tak formulovány záměrně, aby vyhovovaly specifikům jednotlivých obráběcích operací, technologiím i jednotlivým obráběným materiálům.

Volba obráběcí kapaliny mísitelné s vodou

Při výběru obráběcí kapaliny se jednoznačně posuzuje ekonomičnost provozu. V případě splnění vlastností z hlediska technologie obráběcího procesu se zvažuje nejenom pořizovací cena samotné kapaliny, ale i náročnost na údržbu, životnost kapaliny a její ekologická likvidace. 

Požadovanými vlastnostmi kapalin z hlediska technologie obráběcího procesu jsou: optimální chladicí schopnost; optimální mazání třecích ploch mezi nástrojem a obrobkem; oplachovací a smáčecí schopnost; zajištění čistoty obráběcího prostoru obrobku - manipulační prostor bez lepivých úsad; zajištění konzervace obrobku i stroje a v neposlední řadě šetrnost vůči obsluze, těsnicím prvkům a elektroinstalaci.                                

Záruku stability kapaliny během celého procesu obrábění, vysokého vyplachovacího a mazacího účinku, správné teploty na povrchu obrobku i nástroje splňují bez výhrad obráběcí kapaliny společnosti Paramo. Kapaliny jsou vyráběny z vysoce kvalitních základových olejů a aditiv na moderním výrobním zařízení s automatickým řízením technologického procesu. Vlastní vysoce fundovaný výzkum zajišťuje, že kapaliny lze vybírat ze širokého a stále doplňovaného sortimentu. Navíc firma Paramo umí připravit kapaliny tzv. na míru pro konkrétního zákazníka či konkrétní technologii.

Při volbě kapaliny je z hlediska technologie obrábění důležitý kromě jiného i obsah olejové složky. Dá se říci, že s jeho růstem se zvyšuje i mazací schopnost kapaliny, kterou dále ovlivňuje obsah EP a AW aditiv. Mazací vlastnosti mají výrazný význam v oblasti minimální třísky při opracovaní za nízkých řezných rychlostí. Dále také pro dokončovací operace nebo složité obráběcí operace. 

Obrobitelnost materiálu

Při obrábění kovových materiálů je pro správnou volbu obráběcí kapaliny významným parametrem obrobitelnost obráběného materiálu, řezné podmínky většinou přizpůsobené vlastnostem materiálu nástroje a složitost prováděné obráběcí operace.

Se zhoršenou obrobitelností materiálu musíme většinou volit kapaliny s vyšším obsahem oleje a EP aditiv (vysokotlaké vlastnosti). Se zvyšujícím se obsahem oleje se obecně mazací vlastnosti obráběcích kapalin zvyšují.

Dalším parametrem určujícím volbu vhodné obráběcí kapaliny jsou prováděné obráběcí operace.  

Hlediska určující složitost obráběcí operace

Obráběcí operace prováděné nástroji s přesně definovatelnou geometrií břitu se svou náročností dělí podle délky činné části nástroje - délka hlavního břitu, který je v záběru. Čím je délka hlavního břitu větší, tím obecně jde o složitější operaci. Dále se obráběcí operace prováděné nástroji s přesně definovatelnou geometrií dělí na hrubování a dokončovací obráběcí operace.

Hrubování se řadí mezi méně složité obráběcí operace. Cílem  hrubování je oddělení velkého množství materiálu za co nejkratší čas, přitom není rozhodujícím kritériem kvalita obrobeného povrchu, rozměrová a geometrická přesnost (charakteristické znaky - vysoká řezná rychlost, velký posuv a velká hloubka třísky).

Dokončovací obráběcí operace se řadí mezi složité obráběcí operace. Jejich cílem je dokončit opracování obrobku v předepsané kvalitě povrchu a s požadovanou rozměrovou a geometrickou přesností (charakteristickým znakem je nižší nebo nízká řezná rychlost, malý posuv a malá hloubka třísky). Obecně se způsobu tohoto obrábění říká obrábění v oblasti minimální třísky.

Až na výjimky je jedním z dalších určujících kritérií složitosti obráběcí operace počet břitů použitého nástroje. Čím má použitý nástroj víc břitů, tím jsou nároky na vytvoření optimálního řezného prostředí složitější.

Vlastnosti použitého nástrojového materiálu

Výkonné nástrojové materiály nejsou tak náročné na výkonnost řezného prostředí. Jedná se o obrábění s nástroji, kde tvoří činnou část slinuté karbidy vyráběné práškovou metalurgií a opatřené vícevrstvými povlaky, které odolávají teplotám až 1 000 °C. Ochrana činné části nástroje krytá vícevrstvým povlakem zaručuje vysokou životnost nástroje. Řezné nástroje, vyráběné z rychlořezné oceli, ztrácejí potřebné mechanické vlastnosti (tvrdost) při teplotách okolo 600 °C, ale i nástroje vícebřité určené pro složité obráběcí operace, vyráběné ze slinutých karbidů, vyžadují vysokou mazací vlastnost a EP vlastnosti. Ještě náročnější mazivostní a EP vlastnosti vyžadují obráběcí operace prováděné osovými nástroji z rychlořezných ocelí a slinutých karbidů. Důvodem je poměrně subtilní stopka nástroje, která musí přenést krouticí moment, jenž je reakcí na vzniklý řezný odpor.

Životnost emulze

Při volbě obráběcí kapaliny nemůžeme opominout ekonomičnost provozu, kterou kromě energetické náročnosti provozu ovlivňuje i životnost emulze a náklady na její údržbu. Dlouhodobá životnost provozních náplní obráběcích linek, obráběcích center i jednotlivých obráběcích strojů snižuje finanční náklady potřebné pro likvidaci upotřebené obráběcí kapaliny, částečně eliminuje pořizovací náklady na výměnu obráběcí kapaliny. Snižuje nevýrobní časy potřebné k čištění systému a samotné nasazení nové obráběcí kapaliny. 

Náročnost údržby a úprav obráběcích kapalin během provozu je dalším aspektem řešícím efektivitu výroby. V případě krátké životnosti provozovaných kapalin je nutné čerpat další finanční částky na doprovodné prostředky pro ošetřování kapalin a na potřebné lidské zdroje.

Údržba obráběcích kapalin mísitelných s vodou

Obráběcí kapaliny jsou během svého provozu vystaveny intenzivním vnějším vlivům ohrožujícím jejich standardní vlastnosti. Voda používaná pro přípravu obráběcích kapalin může obsahovat mikroorganismy. Ty se následně dostávají do obráběcích kapalin i z okolního prostředí. Mikroorganismy nepředstavují pro obráběcí kapaliny v nízkých koncentracích žádné nebezpečí. Není však vyloučeno, že k přemnožení mikroorganismů v obráběcích kapalinách přesto během provozu může dojít. Je proto nutné koncentraci mikroorganismů v celém průběhu provozu obráběcích kapalin sledovat a v případě jejich přemnožení provést zásah  biocidním prostředkem. Pokud není obsah mikroorganismů vhodným způsobem redukován, může dojít za současného poklesu pH k postupnému rozkladu obráběcí kapaliny.

Dalším faktorem ovlivňujícím provoz obráběcích kapalin je vysoký obsah solí obsažených ve vodě, ze které se obráběcí kapaliny připravují. Ten je následně v důsledku odparu koncentrován, zvyšuje vodivost obráběcích kapalin, a tak způsobuje nevratné negativní změny ve vlastnostech kapalin.  Vysoké koncentrace solí mohou negativně ovlivnit stabilitu disperzního prostředí v obráběcí kapalině. Její příčinou může být i částečná kumulace olejové fáze na povrchu obráběcí kapaliny.

Pokud se nebudeme zmiňovat o měření koncentrace obráběcích kapalin, což bývá v současném provozu již samozřejmostí, je nutno zmínit se o hodnotě pH obráběcích kapalin. Tento parametr je jednoduchým způsobem sledovatelný s pomocí pH papírků nebo pH metrem. Hodnota pH je důležitým kritériem, která určuje stav obráběcí kapaliny, její stabilitu a protikorozní vlastnosti. Výrazný pokles pH obráběcích kapalin signalizuje přemnožení mikroorganismů a částečnou ztrátu jejich vlastností. Při dlouhodobém poklesu hodnoty pH pod hranici 7 do oblasti kyselého prostředí dochází k postupnému rozkladu obráběcích kapalin obsahujících olej. Při hodnotě pH 9,5 se naopak růst mikroorganismů zpomaluje a při hodnotě nad 9,5 se úplně zastavuje. Příliš vysoké pH nad 9,5 je ale nebezpečné z hlediska zdravotní nezávadnosti. V případě  obráběcích technologií a obráběných materiálů způsobuje hodnota pH nad 9,5 rezivění barevných kovů, rozrušovaní nátěrů obráběcích strojů a má negativní vliv na těsnicí prvky. Ideální provozní hodnota pH obráběcích kapalin se doporučuje udržovat v rozsahu od pH 8,3 do pH 9,3.

Trvalá a systematická péče o obráběcí kapaliny je důležitým faktorem ovlivňujícím provoz obráběcích kapalin. Správná péče výrazným způsobem ovlivňuje jejich životnost, funkčnost a ekonomičnost provozu. Volbu optimální obráběcí kapaliny je vždy vhodné konzultovat s výrobcem, který zná dokonale jeho vlastnosti a tím i ideální aplikační možnosti.

Ing. Luboš Krejčík

Jiří Pschera

lubos.krejcik@paramo.cz

Paramo 

Tabulky a grafy naleznete v tištěné verzi časopisu MM Průmyslové spektrum.

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO.