Охлаждающие смазки: виды, свойства и применение для долговечности станков

С развитием технологий механическая обработка привела к широкому применению охлаждающих смазок (ОС). Охлаждающая смазка — это вид охлаждающей жидкости и смазки, который металлообработчики используют для продления срока службы режущего инструмента. Это вещество также облегчает обработку твердых материалов без износа инструмента. Существует множество типов охлаждающих смазок: масла, эмульсии масла в воде, пасты, гели, аэрозоли (туманы), а также воздух или другие газы.

В этой статье вы узнаете о значении, функциях, видах, свойствах, выборе, применении, способах подачи и преимуществах охлаждающих смазок.

Что такое охлаждающая смазка?

Охлаждающая смазка — это газообразное или жидкое вещество, используемое для улучшения условий резания в процессе механической обработки и увеличения ресурса режущего инструмента. Термин «охлаждающая смазка» также называют охлаждающей жидкостью, смазкой, режущим маслом или режущим составом — в зависимости от контекста и типа применяемого вещества. ОС наносятся в процессе токарной, сверлильной, фрезерной и других операций.

Охлаждающие смазки производят из нефтяных дистиллятов, растительных масел, животных жиров, воды, воздуха и других сырьевых компонентов. Их общее применение — металлообработка и механическая обработка. Выбор типа ОС определяется материалом заготовки. Чугун и некоторые латуни можно обрабатывать сухо, хотя латунь все равно выигрывает от использования ОС.

Функции охлаждающей смазки

Основные функции охлаждающих смазок — охлаждение и смазка.

Охлаждение:

При механической обработке тепло выделяется из-за трения и энергии деформации материала. Воздух вокруг плохо проводит тепло (низкая теплопроводность), поэтому при продолжительной тяжелой резке, вырабатывающей много тепла, жидкое охлаждение предпочтительнее воздушного. Жидкий охлаждатель удаляет значительно больше тепла и быстрее. Он также ускоряет процесс резания, снижая трение и износ инструмента.

Кроме того, нагреваются и инструмент, и заготовка. Избыточная температура может испортить закалку обоих: они размягчаются до бесполезного состояния. Тепло обжигает прилегающий материал, вызывает нежелательное тепловое расширение и может привести к окислению — нежелательным химическим реакциям.

Смазка:

Помимо охлаждения, ОС смазывают зону контакта режущей кромки инструмента и стружки. Это предотвращает трение на поверхности и частично уменьшает выделение тепла. Смазывающие ОС также не допускают приваривания стружки к инструменту, что мешало бы последующей резке.

Кратко перечислим общие функции ОС:

• Отвод тепла при обработке.
• Охлаждение заготовки.
• Охлаждение инструмента.
• Снижение трения и износа.
• Уменьшение сил резания и энергопотребления.
• Повышение стойкости инструмента.
• Удаление стружки из зоны реза.
• Получение чистой и качественной поверхности.
• Защита обработанной поверхности от коррозии.

Свойства охлаждающей смазки

Для выполнения перечисленных функций ОС должна обладать следующими свойствами:

• Высокая точка вспышки для работы при высоких температурах.
• Низкая вязкость для легкого течения по заготовке.
• Стабильность при высоких температурах.
• Низкопенное образование.
• Хорошие смазывающие свойства для снижения трения инструмент-заготовка.
• Высокая теплоемкость для эффективного поглощения тепла.
• Химическая инертность (не вступает в реакцию с материалом).
• Отсутствие запаха даже при нагреве.
• Безопасность для человека и окружающей среды.
• Прозрачность для видимости зоны реза оператором.

Выбор охлаждающей смазки

При выборе ОС учитывают:

• Материал заготовки и материала инструмента.
• Вид режущей операции.
• Охлаждающий эффект — реакцию ОС с материалом.

Ниже приведена таблица рекомендуемых ОС для различных материалов:

МАТЕРИАЛ	ОХЛАЖДАЮЩАЯ СМАЗКА
Чугун, латунь	Сухая обработка
Медь	Терпентін
Алюминий	Керосин
Сталь	Режущее масло или режущий состав
Быстрорежущая сталь	Бесководные ОС
Твердая сталь, бронза	Минеральное масло

Классификация охлаждающих смазок

Существует несколько подходов к классификации, единого стандарта нет. Наиболее распространенная:

1. Воздух
2. Водные охлаждающие смазки:
   • а) вода;
   • б) эмульсии (растворимые масла);
   • в) химические растворы (синтетические жидкости);
3. Чистые масла:
   • а) минеральные масла;
   • б) жировые масла;
   • в) комбинированные масла;
   • г) масла с повышенными антисклеивающими свойствами (ЕР);
   • д) универсальные масла.

Виды охлаждающих смазок

Вода:

Вода — распространенный способ отвода тепла, но плохо смазывает и вызывает коррозию. Применяется как охлаждатель при шлифовке инструмента, так как процесс короткий.

Растворимые масла (эмульсии):

Состав: растворимое масло, эмульгаторы (сульфонат натрия, жирные кислоты, мыла, эфиры), добавки (коррозионные ингибиторы, сопрягающие агенты) и вода для разбавления. Наиболее популярный и массовый тип ОС. Эмульгаторы удерживают мельчайшие капельки масла во взвешенном состоянии. При разбавлении 5% получается белая эмульсия без разделения на слои. Имеют средние смазывающие и хорошие охлаждающие свойства. Подходят для легких операций на универсальных станках при низких темпах снятия металла.

Чистые масла (нефтяные или растительные):

Примеры: парафиновые масла, нафтеновые масла, растительные масла. Используются без разбавления водой. Обеспечивают отличную смазку. Растительные масла экологичны — легко биодеградируются и утилизируются. Недостаток: склонны к разложению и неприятному запаху.

Минеральные масла:

Применяются для тяжелых операций благодаря хорошей смазке. Используются в серийном производстве с высокими темпами снятия металла. Хорошо подходят для стали, но не для меди и её сплавов — вызывают коррозию.

Синтетические жидкости:

Водные ОС без минерального масла. Типичный размер частиц — 0,003 мм. Вода отлично охлаждает, но коррозионна, поэтому не подходит для всех материалов. Как смазка менее эффективны. Коррозию предотвращают добавками-инибиторами ржавчины.

Полусинтетические жидкости:

Смесь эмульсий (растворимых масел) и синтетических жидкостей. 5–20% минерального масла эмульгируется в воде, образуя микроэмульсию. Размер частиц 0,01–0,1 мм. Широко применяются, сочетая преимущества растворимых масел и синтетиков.

Смотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе и способах подачи ОС:

Заключение

Охлаждающие смазки критически важны в металлообработке и машиностроении, так как многие материалы и инструменты требуют охлаждения и смазки при обработке. В статье рассмотрены определение, функции, свойства, выбор, классификация, виды и способы подачи ОС.

Надеюсь, статья была полезна. Делитесь с коллегами и техническими студентами. Спасибо за чтение!