Будущее жидкостей для металлообработки, машинных смазок и охлаждающих жидкостей

Что ждет охлаждающие жидкости, смазочные материалы и жидкости для металлообработки в будущем? Мы поговорили с ветеранами отрасли, чтобы лучше понять эволюцию сегодняшнего ландшафта охлаждающих жидкостей и завтрашние инновации.

Что нового и будущего для жидкостей для металлообработки? Это зависит от нескольких основных условий:Какой материал режется? Каковы правила и местные потребности, регулирующие MWF в то время, когда они используются? И какие инновации в инструментах и ​​производстве в целом могут изменить саму природу охлаждения?

По данным исследовательской и консалтинговой компании Global Market Insights, с точки зрения рынка ожидается, что к 2025 году мировой рынок смазочно-охлаждающих жидкостей вырастет до 15 миллиардов долларов. В 2016 году компания Markets and Markets Research подсчитала, что к 2020 году рынок MWF составит 9,74 млрд долларов США при среднегодовом темпе роста в 3,2 %.

Для многих обрабатываемых металлов, таких как сталь и железо, смазывание водой или маслом (или обоими) имеет значение для удаления стружки, а добавки помогают предотвратить деформацию металлов и избежать ржавчины, а эти жидкости помогают снизить температуру поверхности и поддерживать срок службы инструмента. Тем не менее, всякий раз, когда используются MWF, возникают проблемы со здоровьем и безопасностью, поэтому производители жидкостей постоянно корректируют и корректируют свои рецептуры и химический состав, чтобы максимизировать производительность и минимизировать количество отходов. Клиенты хотят иметь возможность перерабатывать охлаждающие жидкости, чтобы сократить расходы, а также хотят, чтобы уже использованная охлаждающая жидкость оставалась в поддоне как можно дольше, не вызывая никаких проблем со здоровьем.

Это непростая задача. Самой большой проблемой для здоровья во всем мире является раздражение кожи, чего все производители стараются избежать, но также необходимо использовать правильные системы, такие как сборщики тумана, и защитное снаряжение, такое как перчатки, средства защиты глаз и маски для лица. найти производителей жидкости.

Инновации происходят за счет балансировки потребностей в производительности при изготовлении деталей с желаемыми здоровыми результатами. Удовлетворять эти потребности становится все легче, но путь к этому был долгим. Налицо стремление к минимальному количеству смазки — именно так оно и звучит:используйте наименьшее количество смазки с наименьшим количеством химикатов, присадок и эмульгаторов. Беспокойство и обеспокоенность по поводу других проблем со здоровьем, связанных с химическими веществами, заставляет многих регулирующих органов и целые регионы часто полностью запрещать использование определенных химических веществ.

На горизонте слышны далекие журчания флюидов, которые, возможно, устаревают. До этого еще далеко, но достаточно, чтобы опрошенные компании знали о такой возможности, как и аналитики, наблюдающие за рынком.

Являются ли опасности, связанные с MWF, настолько опасными, как считают некоторые регулирующие органы? Опрошенные производители жидкостей сочувствуют проблемам здоровья и безопасности, но соглашаются, что они перебарщивают, пытаясь их решить.

Жидкости для металлообработки, охлаждающие жидкости и машинные смазки:где мы были, где мы сейчас

По мере того как технологии помогали ускорить механическую обработку, а потребность в более быстром изготовлении деталей возрастала, наступил момент озарения, говорит Брюс Келер, старший менеджер по продуктам Cimcool Fluid Technology компании Milacron:«Было обнаружено, что вода уменьшает тепло в большей степени, чем чистое масло. И прям нефть горит, а вода нет.

«Мы перешли от использования только масла к использованию воды и масла или к использованию только воды отдельно», — говорит Келер. Сегодня MWF используется меньше, чем раньше. «Список химикатов, которые можно использовать в жидкостях для металлообработки, становится все короче и короче из соображений безопасности и здоровья. ”

Многие производители перешли от систем отстойников на 10 000 галлонов, которые обслуживали бы 50 машин, к использованию отстойников на 50 галлонов на машину в ячейке из пяти машин. Кроме того, рецептуры и химические соединения постоянно меняются в зависимости от таких факторов, как доступность сырья и локальные потребности клиентов.

«Происходит много переформулировок химических реагентов и возможность корректировки на лету в соответствии с правилами и местными потребностями», — говорит Келер. «С точки зрения рецептуры, иногда ваша химия является побочным продуктом процесса».

Тридцать лет назад синтетические жидкости получили дурную славу из-за агрессивных остатков, которые они оставляли после себя, а остатки были чрезвычайно липкими и могли повредить краску и другие детали машины. Эксперты утверждают, что уже не так сильно.

«Мы прошли долгий путь, за последние 13 лет, что я здесь работаю, в разработке многих полусинтетических жидкостей для улучшения биостабильности, стабильности эмульсии и увеличения срока службы и производительности поддона», — говорит Брайан Холстед, инженер по применению в Кастрол Индастриал. «Для нас наша цель — сократить использование, уменьшить количество отходов и улучшить здоровье и безопасность».

Все вспомогательные технологии, используемые с охлаждающими жидкостями, такие как системы охлаждающей жидкости среднего и высокого давления, отстойники, скиммеры и системы фильтрации, повлияли на использование и техническое обслуживание MWF.

«Когда я начинал (36 лет назад), нормальное давление, выходящее из шпинделя, где жидкость выходит из бака и направляется в рабочую зону, составляло максимум 300 фунтов на квадратный дюйм», — говорит Келер. «Теперь мы говорим о давлении, при котором материал обрабатывается до 1200 фунтов на квадратный дюйм:это в четыре раза больше давления».

Нужно руководство по обслуживанию и утилизации охлаждающей жидкости? Прочтите «4 совета по оптимизации технического обслуживания и утилизации охлаждающей жидкости».

Поскольку используется все меньше и меньше химических присадок, это означает, что качество воды и подпитка стали еще одним ключевым фактором, влияющим на работу охлаждающей жидкости и ее химический состав. «Индиана известна своей жесткой водой, в то время как вода в Кентукки, например, мягкая», — говорит Келер. Таким образом, вы всегда имеете дело с различными условиями, которые меняют то, что происходит в машине, и с элементами, которые могут быть введены конкретной водой, доступной для региона производителя. Составы должны меняться в зависимости от подачи воды.

Но присадки, эмульгаторы и смазочные качества в охлаждающей жидкости все же нужны. В мире автомобильной, аэрокосмической и медицинской обработки деталей наблюдается тенденция к использованию более прочных и легких по весу материалов. Жаропрочные сплавы и хромы работают быстрее и увеличивают выделение тепла при обработке, а лучший способ отвести тепло от операции — использовать синтетические жидкости, которые улучшают смазывающую способность и облегчают резку, особенно при работе с более твердыми материалами.

В частности, в аэрокосмической отрасли по-прежнему используются маслосодержащие продукты, но они разбавляются водой на 90–95 процентов. По словам Келера, отрасль переходит от алюминия серии 6000 к титану, который, как правило, лучше работает с синтетическими жидкостями.

«Что мне нравится в синтетических материалах, так это их жизнь в отстойнике — они не очень хорошо размножают бактерии», — говорит Келер. «Они длятся долго с биологической точки зрения. Они не пенятся. И они остаются свободными, так что оператор машины может закрыть дверцу машины, заглянуть внутрь и наблюдать за резом без каких-либо визуальных помех».

Куда движутся жидкости для металлообработки?

Важным элементом в направлении и будущем охлаждающей жидкости и систем охлаждающей жидкости является материал и его применение. Большая часть материала, который будет использоваться в будущем, не обязательно известна производителям жидкостей — в той же степени, в какой она известна производителям. Но это не мешает производителям внедрять инновации в линейку безотходных продуктов.

«У нас есть область, которую мы называем «конгруэнтной химией», которая для жидкостей на водной основе служит двойному назначению, а также является очистителем, который промывает детали и помогает в обслуживании поддона, делая все элементы охлаждающей жидкости совместимыми», — говорит Холстед.

Кикер? Нет необходимости снимать масло вообще; отходы только тогда, когда вы идете, чтобы изменить систему. Castrol Industrial утверждает, что наблюдает примерно 40-процентное сокращение использования продуктов для некоторых продуктовых линеек, основанных на старых жидкостных технологиях.

Келер говорит, что Milacron Cimcool уделяет пристальное внимание нанотехнологиям, где микроскопические твердые наночастицы могут использоваться для смазки вместо жидкости на водной основе, как это происходит сегодня. Хотя здесь есть многообещающий потенциал, пока недостаточно исследований того, как это может повлиять на легкие оператора, поэтому это все еще выжидательный подход, признает Келер.

«Мы также пытаемся улучшить смачивающие свойства охлаждающих жидкостей на водной основе, чтобы они лучше отделялись от деталей машин, оставляя меньше следов и увеличивая срок службы поддона», — говорит Холстед. «Мы также улучшаем стабильность концентрации, поэтому, если вы используете меньше, вам понадобится концентрация для поддержания и стабилизации, а не истощения и не нужно больше, чтобы компенсировать разницу».

Но, в конечном счете, крупный производитель жидкости пытается просто сделать одну вещь:создать глобальную стабильность продукта, который можно будет использовать во всем мире, а затем локализовать для нужд клиентов. Таким образом, задача состоит в том, чтобы использовать знания, полученные в результате тестирования и оптимизации охлаждающих жидкостей, чтобы затем работать с местными и региональными законами и условиями качества воды, чтобы помочь адаптировать их к этим потребностям.

Чтобы не отставать от неизбежных изменений материалов, основные производители жидкостей работают со своими партнерами-клиентами на своих заводах, а также проводят испытания в своих лабораториях на современных обрабатывающих центрах в условиях, максимально приближенных к реальным. Некоторые из них работают непосредственно со своими клиентами и потенциальными клиентами над материалами, на которые заявлен патент, — чтобы протестировать новые формулы охлаждающей жидкости или работать с новыми металлическими материалами и экспериментировать с тем, что работает.

Castrol Industrial, например, работает с General Electric в Гринвилле, Южная Каролина, где производитель жидкости знакомится с разрабатываемыми аэрокосмическими материалами, на которые заявлен патент. Castrol также сотрудничает с Ford Motor Company и другими автопроизводителями, такими как GM и Toyota, над рядом применений жидкостей.

Удаление хлора и DCHA

Хлор, DCHA (или дициклогексиламин) и бор удаляются из охлаждающих жидкостей производителями жидкости. Хлор часто используется для уничтожения бактерий, но может быть опасен для легких и кожи. DCHA, который является «вторичным амином», используется в качестве стабилизатора pH, но, как показали более поздние исследования, опасное попадание его внутрь может происходить через кожу. Таким образом, многие вторичные амины исключаются из состава охлаждающей жидкости, говорят производители охлаждающей жидкости. Если вы будете использовать только первичный амин, в продукте будет меньше химических веществ, а значит, меньше шансов вызвать раздражение кожи и другие проблемы со здоровьем.

Переход к охлаждающим жидкостям, не содержащим бор

Почему? По словам Холстеда, бор в определенных количествах может накапливать остатки и наносить вред инструментам, прилипая к деталям, шпинделям, конвейерам и режущим инструментам, что может снизить срок службы инструмента. Компания Castrol Industrial выяснила это в ходе испытаний на станках с ЧПУ в лабораториях с инструментами для резки металла и покрытиями. В качестве антикоррозионного химического вещества бор помогает, но при более высоких концентрациях он может быть опасен, что в первую очередь входит в повестку дня компании.

По словам Холстеда, в свойствах бора есть и хорошие, и плохие стороны. «Бор обладает буферным и стабилизирующим эффектом pH, а также защитой от ржавчины, или «RP», что часто рассматривается положительно». Но даже при низких уровнях, когда отходы охлаждающей жидкости остаются в поддоне все дольше и дольше, со временем они будут концентрироваться, поэтому некоторые компании хотят полностью исключить их использование.

Роль сухой обработки и аддитивного производства

С появлением технологий сухой обработки и процессов аддитивного производства, в которых не требуется использование охлаждающей жидкости, бизнес MWF сталкивается с потенциальной долгосрочной конкуренцией, в том числе со стороны производителей инструмента. Кроме того, многие регулирующие органы вынуждают производителей использовать минимальное количество смазки, что также известно как MQL, из соображений охраны окружающей среды и здоровья.

«Эта тенденция обусловлена ​​растущей озабоченностью по поводу воздействия смазочных материалов на окружающую среду в сочетании с успехами сухой обработки при температурах до 1800 градусов по Фаренгейту», — пишет Аарон Стоун для Fuels &Lubes. Международный . «Появление передовых керамических и алмазных инструментов, а также инструментов из кубического нитрида бора позволило выполнять высокотемпературную обработку с ограниченным или нулевым смазыванием, не вызывая чрезмерного износа».

Независимо от окончательного направления развития отрасли, производители жидкостей сходятся в одном:концентрации жидкостей должны составлять от 5 до 10 процентов.

«Когда я уйду на пенсию, все будет так же, как и в начале», — говорит Келер. «Все всегда думают, что чем больше, тем лучше, или хотят сэкономить деньги и использовать меньше… Если вы используете 3 процента, у вас будут биологические проблемы, рост плесени и коррозия, а если вы используете слишком много, мы говорим о раздражении кожи. или пена. Это единственная постоянная вещь в этом бизнесе».

Его совет? Содержите его в чистоте и поддерживайте концентрацию там, где она должна быть, и у вас будет успешная работа с жидкостью для металлообработки.

Какие жидкости для металлообработки вы используете? Каким вы видите будущее этих продуктов? Поделитесь своими мыслями.