Současné trendy v oblasti kapalin pro obrábění

Na život každého organismu má vliv okolní prostředí, ale i naopak. Člověk, který dnes disponuje velkým technickým a chemickým potenciálem, může svými konstruktivními aktivitami vnášet do oblastí přírody zásadní změny. Na přelomu tisíciletí musí lidstvo z existenčních důvodů věnovat velkou pozornost ekologii ve všech oblastech průmyslu a zemědělství. Nejinak je tomu i ve strojírenství, kde se klade také důraz na vytváření a zlepšování životního a pracovního prostředí. Světový vývoj ve vědě a výzkumu směřuje k ekologizaci výroby a výrobků. Ekologie nemůže být nikomu lhostejná, dotýká se každého, kdo chce prožít plnohodnotný a důstojný život. Bez ekologie může společnost sotva řešit problémy svého přírodního prostředí, ale i sociální, ekonomické a etické problémy. Jedním ze základních lidských práv je i právo na ochranu života a zdraví při práci, jakož i právo na příznivé životní prostředí. Konkrétním výrazem záruky těchto práv je právní řád, který právními normami zaručuje zúčastněným osobám práva a určuje povinnosti pro bezpečnou a zdraví neškodnou práci i ekologické prostředí. Právní úprava ochrany člověka je tvořena soustavou právních norem upravujících požadavky na pracovní prostředí a bezpečnost práce včetně bezpečného chování člověka na pracovišti. Všichni víme, že nedávno probíhala v rámci Evropské unie intenzivní a bouřlivá diskuse o návrhu legislativního systému REACH, zahrnujícího registraci, hodnocení a autorizaci chemických látek. Jako hlavní cíl návrhu se deklaruje zvýšení bezpečnosti chemických látek pro občany Unie a životní prostředí.Velký význam v oblasti strojírenství sehrává třískové obrábění materiálu, při němž jsou na používané chladicí mazací kapaliny kladeny náročné požadavky z hlediska ekonomiky, ekologie, pracovní hygieny i bezpečnosti práce. Produktivita práce, její efektivita a kvalita ve strojírenské výrobě závisí na prostředcích, metodách a parametrech, kterými se vlastnosti obráběného materiálu mění na nové ve vztahu k požadovanému výrobku. Samotný proces výroby se skládá z různých druhů činností, které vedou od návrhu k dosažení reálné podoby výrobku. Neustálým aplikováním nových vědeckých poznatků do procesu obrábění se kontinuálně zvyšuje kvalita tohoto procesu. Podobně jako v jiných technologiích došlo i zde spojením několika vědních oborů ke spolupráci a následnému transferu získaných poznatků do průmyslové praxe.Při obrábění kovů v průmyslu jsou jako technologické kapaliny používány řezné oleje nebo emulze. V posledních letech byly jejich vývoj a aplikace výrazně ovlivňovány neustále rostoucími požadavky legislativy. Změny v zákonech vedly k výrazným změnám ve složení chladicích mazacích kapalin a tím i ke změnám jejich technických a aplikačních vlastností. 

Sumarizací trendů můžeme dospět ke čtyřem směrům jako odpovědím na nové výzvy:

1. Obrábění na sucho

2. Změna receptur kapalin mísitelných s vodou

3. Mazání malým, resp. minimálním množstvím maziva

4. Použití olejů místo chladicích mazacích kapalin mísitelných s vodou

Řezné kapaliny se používají při obrábění pro chlazení a mazání v oblasti řezu. Součást a nástroj jsou neustále oplachovány kapalinou a výsledkem je značně nižší teplota než bez použití kapaliny. Teplota je důležitá především proto, že ovlivňuje životnost nástroje. Uvádí se, že snížením teploty o 25 °C se jeho životnost prodlouží až trojnásobně. Teplota významně ovlivňuje i hodnoty měření během obrábění. Protože požadovaná přesnost je vysoká, rozdíl deseti až dvaceti stupňů obvykle znamená, že měřidla se musejí nastavovat podle příslušné teploty. Samozřejmě teplota ovlivňuje i další parametry procesu. Dalšími důvody použití kapalin je odstraňování třísek a zlepšení jejich lámavosti. Argumenty zastánců obrábění bez řezných kapalin lze shrnout následovně:

Zdraví. Problémy jsou hlavně s alergiemi osob, onemocněním pokožky a absencí takto postiženého kvalifikovaného personálu.

Prostředí. Řezné kapaliny znečišťují okolní prostředí. Znečištění zasahuje okolní atmosféru a pracovní prostředí, vodu a třísky z procesu obrábění. Legislativou jsou požadována nákladná opatření k eliminaci znečišťování, skladování a likvidaci upotřebených obráběcích kapalin.

Náklady. Uvádí se, že náklady na nákup a likvidaci kapalin ve strojírenství v Německu tvoří v průměru 15 % výrobních nákladů na obráběné součástky. Výrobci nástrojů ve spolupráci s uživateli už dokázali uspokojivě vyřešit v případě některých typů obráběcích operací (soustružení, frézování) problémy spojené s tímto technologickým směrem. Přesto stále ještě zůstává u jednotlivých operací mnoho otázek otevřených, např. odvod třísek při hlubokém vrtání, chlazení nástrojů, obrobků i obráběcích strojů apod.

Druhý trend spočívající ve změně receptur se snaží v maximální míře minimalizovat vzpomenuté negativní vlivy cestou změny receptur kapalin mísitelných s vodou. Maximální výkonnost při maximální možné snášenlivosti s životním prostředím a minimálním negativním vlivu na obsluhu obráběcích strojů: To jsou aktuální požadavky na produkty přinášející inovaci. Používání chladicích mazacích kapalin mísitelných s vodou s alkalickým pH a obsahem povrchově aktivních látek může způsobit výskyt kožních chorob. Běžné chladicí mazací kapaliny mají hodnotu pH mezi 8,8 až 9,2 a produkty neobsahující bor a aminy 8,2 až 8,6. Firmy zabývající se vývojem a prodejem chladicích mazacích kapalin si proto položily otázku: Jak má vypadat chladicí mazací kapalina mísitelná s vodou, která pokud možno téměř nezatěžuje lidskou pokožku, a přesto nabízí nejvyšší kvalitu a bezpečnost při obrábění? Jednou z odpovědí na tuto výzvu jsou nové kapaliny s nízkou hodnotou pH. Tyto kapaliny mísitelné s vodou mají hodnoty pH mezi 7,0 až 5,5. Prostřednictvím pH blízkého pokožce se snižuje relativní koncentrace aktivní zásady na méně než 5 procent. I čisté koncentráty byly zařazeny jako "látka neškodná". Tato skutečnost je podložena zkouškou podle testu TEWL (Trans Epidermal Water Loss). Při tomto testu se měří, kolik vody difunduje pokožkou za jednotku času a plochu zevnitř směrem ven. Vysoké hodnoty TEWL poukazují na vysokou ztrátu vody a tím i na vyšší poškození bariérové funkce pokožky, nízké hodnoty na správnou funkci bariéry. Jako referenční látky se používají voda a velmi agresivní dodecylsíran sodný. Při tomto testu nově koncipované kapaliny i při nejvyšších koncentracích neprokázaly nesnášenlivost s pokožkou. Několikaměsíční praktické nasazení při obrábění na moderních CNC strojích dokázalo v praxi, že u takto koncipovaných kapalin byla dosažena dobrá snášenlivost s pokožkou, přičemž se zároveň zlepšil řezný i mazací účinek. Další plus je jejich multifunkční nasazení. Tyto kapaliny jsou vhodné pro širokou škálu materiálů, a to od běžné litiny a ocelových slitin až po hliníkové slitiny používané v letectví a barevné kovy.Tak se tyto nové produkty, spojující minimální hodnotu pH s maximální ochranou proti korozi a dobrou účinností chlazení a mazání při obrábění, stávají ukazatelem směru vývoje nové generace chladicích mazacích kapalin.

Jako poslední trend v této řadě, rozhodně však ne svým významem, můžeme uvést :

a k tomu kompatibilní mazivo pro lineární vedení a valivá ložiska.Univerzální olej pro obráběcí stroje povede k výraznému odlehčení životního prostředí drastickou redukcí likvidovaných množství a bude posilovat konkurenceschopnost uživatele snížením výrobních nákladů. Sjednocením všech maziv by poprvé byla možná vnitropodniková recyklace.V průběhu projektu byla vyvinuta univerzální kapalina Unifluid s nízkou viskozitou, která je jako chladicí mazací kapalina vhodná téměř pro 80 % třískových obráběcích procesů a zároveň i jako hydraulický olej v obráběcím stroji.Při vývoji této univerzální kapaliny se musely spojit rozdílné požadavky na hydraulické oleje podle DIN 51524 a VDMA 24568 a na řezné oleje podle požadavků zákazníků. Zároveň, s ohledem na snášenlivost se životním prostředím a pracovní hygienu, se kladl maximální důraz na toxikologickou a ekotoxikologickou nezávadnost. Cílem bylo dosáhnout stupeň ohrožení vody 0 podle německé normy (WGK). Tohoto cíle bylo dosaženo za použití esterového oleje jako základní suroviny a speciálně vybrané skupiny přísad.Použití esterových olejů při tomto vývoji bylo z pohledu ochrany prostředí a zdraví nejvýhodnější, protože mají výrazně nižší odpařivost než ekviviskózní ropné oleje. Jejich použitím je pracovník na pracovišti méně exponovaný a prostředí je více chráněno před emisemi.Závěrem lze tedy konstatovat, že existuje několik cest k dosažení cíle. O tom, která je nejvhodnější, rozhoduje praxe u konkrétního uživatele.

Ing. Petr Dobeš, CSc.

Fuchs Oil Corporation