Chłodziwo i jego sekrety

Obróbka CNC oznacza ciągłą pracę maszyn, zużycie setek frezów, płytek i oprzyrządowania. Obróbka metali to wymagający proces, który prowadzi do wzrostu temperatury wewnątrz urządzeń. To z kolei może doprowadzić do szybszego zużycia narzędzi, uszkodzenia obrabianego materiału a ostatecznie nawet do awarii maszyn i przestojów produkcji. Mogą one spowodować znaczne opóźnienia w realizacji zleceń, a tym samym doprowadzić do pojawienia się nieoczekiwanych kosztów. Operatorzy maszyn często wykorzystują więc chłodziwo, czyli specjalny płyn chłodzący, aby złagodzić skutki przegrzania narzędzia skrawającego lub materiałów. Płyny te mają również właściwości smarujące oraz ułatwiają usuwanie wiórów, a tym samym chronią maszynę i materiał przed uszkodzeniami.

Co to jest chłodziwo?

Jest to przemysłowy płyn powszechnie stosowany w operacjach cięcia metalu. Chłodziwo do obróbki CNC obejmuje specjalnie skoncentrowane dodatki chemiczne. Głównymi jego składnikami jest tłuszcz zwierzęcy, woda, destylat ropy naftowej, olej roślinny i inne surowce.

Jak działa układ chłodzenia?

Chłodziwo przepływa przez obszar roboczy maszyny podczas obróbki CNC. Zmywa wióry i cząsteczki z obszaru roboczego prawie z siłą wodospadu. Następnie przepływa do studzienki na dole maszyny, skąd jest przepompowywana i recyrkulowana do obszaru roboczego w celu ciągłego użytkowania. Chłodziwo chłodzi obrabiany przedmiot w trakcie obróbki z dużą prędkością, a smaruje narzędzie tnące przy niskiej prędkości. Z tego względu chłodziwo wydłuża żywotność narzędzia tnącego, chroniąc je przed korozją i zabezpieczając obrabiany przedmiot przed odkształceniem. W celu zapewnienia maksymalnej wydajności należy monitorować, konserwować i regulować centralne i pojedyncze systemy chłodzenia maszyn CNC. Mniej efektywny będzie tu mały układ chłodzenia, w którym zachodzą większe wahania poziomów stężeń. Dlatego najlepiej byłoby używać chłodziw mniej podatnych na zanieczyszczenie wiórami w małych układach.

Różne sposoby dostarczania chłodziwa do maszyn CNC

Zależnie od rodzaju maszyny należy dobrać odpowiedni rodzaj chłodziwa, jak i jego ilość. Niedobór może spowodować szybkie zużycie narzędzi, a niewłaściwe ciśnienie może uszkodzić przedmiot obrabiany lub ostrza tnące. Można wyróżnić kilka najważniejszych metod dostarczania chłodziwa:

Chłodzenie mgłą

Chłodziwo jest dostarczane z wykorzystaniem niskiego ciśnienia tam, gdzie nie ma nacisku na usuwanie ciepła i wiórów. Metoda ta nie naraża narzędzia i przedmiotu obrabianego na dodatkowe obciążenia, gdyż nie stosuje się wysokiego ciśnienia.

Chłodzenie powietrzem

Technika ta nie jest idealna do smarowania, ale pomaga zmniejszyć ciepło i usunąć wióry. Jest jednak mniej skuteczna od metod wykorzystujących płynne chłodziwo, gdyż nie zawiera oleju ani chłodziwa na bazie wody. Natomiast jest korzystna w przypadku bardziej wrażliwych materiałów. Nadaje się do materiałów z tworzyw sztucznych podatnych na szok termiczny.

Mechanizm minimalnej ilości środka smarnego

Redukuje koszty i marnotrawstwo materiałów poprzez użycie wymaganej pod dany cykl ilości chłodziwa. Zwykle jest rozpylane w formie drobnej mgiełki lub aerozolu.

Mechanizm wysokiego ciśnienia

Metoda idealna do wyciągania i usuwania wiórów podczas obróbki, gdyż wydmuchuje je z materiału pod wysokim ciśnieniem.

Płyny syntetyczne

Chłodziwo tego rodzaju należy do najczystszych, gdyż nie zawiera ropy naftowej ani oleju mineralnego. Płyny syntetyczne składają się z inhibitorów rdzy i chemicznych środków smarnych, które rozkładają się w wodzie. Płyny te miesza się z wodą, aby uzyskać płyn do obróbki metali. Dlatego tego rodzaju chłodziwo posiada wysoką wydajność chłodzenia, zapobiega korozji, jest łatwe w utrzymaniu i smarne. Płyny syntetyczne są stosowane głównie w procesach obróbki o wysokiej temperaturze i dużej prędkości, takich jak np. szlifowanie powierzchni, ze względu na ich doskonałą zdolność chłodzenia. Ze względu na swoją wytrzymałość są idealne do obsługi wielu operacji obróbki.

Zalety:

• wysoka kontrola mikrobiologiczna i doskonała odporność na jełczenie,
• doskonała odporność na korozję i wysoka zdolność chłodzenia,
• większa stabilność po zmieszaniu z wodą,
• materiały syntetyczne są łatwe w utrzymaniu

Wady:

• łatwo się zanieczyszczają od płynów maszynowych jak np. smar,
• wytwarzają drobne mgiełki, które mogą osiadać w pomieszczeniu.

Płyny półsyntetyczne

Są hybrydą syntetyków i olejów rozpuszczalnych. Zawierają około 2-30% oleju mineralnego lub ropy naftowej w stężeniu rozszerzalnym przez wodę. Pozostały procent płynu półsyntetycznego składa się z wody i emulgatorów. Inne elementy w koncentracie obejmują dodatki biobójcze, środki zwilżające i inhibitory korozji. Są one powszechnie określane jako emulsje chemiczne, gdyż woda jest ich głównym składnikiem i emulguje z wodą podczas produkcji koncentratu. Płyny te są przezroczyste, półprzezroczyste, choć zdarzają się i nieprzezroczyste. Mają dobrą wrażliwość na ciepło. Półsyntetyczne cząsteczki oleju otaczają narzędzie tnące, zapewniając lepszą smarowność.

Zalety:

• doskonałe środki smarne do zastosowań o średnim i dużym obciążeniu,
• pozwalają na cięcie przy większych szybkościach posuwu i większych prędkościach, dzięki swoim znakomitym właściwościom zwilżającym i chłodzącym,
• niska lepkość, co zapewnia lepsze właściwości sedymentacyjne i czyszczące.

Wady:

• twardość wody wpływa negatywnie na stabilność płynów półsyntetycznych, powodując powstawanie osadów twardej wody,
• łatwo się pienią, gdyż zawarte w nich dodatki czyszczące zapewniają mniejsze smarowanie niż oleje rozpuszczalne.

Czysty olej

Tego rodzaju chłodziwo, to oleje uzyskiwane z ropy naftowej, oleju mineralnego, zwierząt i innych tłuszczy. Mogą zawierać dodatki fosforu, siarki czy chloru. Proste oleje są zwykle nierozpuszczalne w wodzie i zapewniają najlepsze smarowanie, zapobiegają rdzewieniu, mają dłuższą żywotność miski olejowej i są łatwe w konserwacji. Bakterie rozwijają się tylko w płynach zawierających wodę, a czyste oleje nie kwaśnieją. Oleje zmniejszają siłę wytwarzaną podczas cięcia materiału przez narzędzie tnące, co pozwala na czyste cięcia, aby zapewnić gładkie wykończenie powierzchni przedmiotu obrabianego.

Zalety:

• dobra smarowność i mniejsze tarcie w procesach obróbki,
• doskonałe wykończenie i minimalizowanie zużycia narzędzi,
• niska cena i kompatybilność z wieloma materiałami jak brąz, stal czy żelazo.

Wady:

• słabe właściwości chłodzące,
• wymagają większej konserwacji i wymiany oleju ze względu na podatność na degradację,
• nie są idealne do zastosowań, w których wymagana jest wysoka wydajność,
• oleje roślinne mają negatywny wpływ na środowisko, jeśli nie są odpowiednio utylizowane.

Oleje rozpuszczalne

Są to emulsje lub oleje rozpuszczalne w wodzie, które są doskonałym wyborem do ogólnych celów obróbki. Powszechnie stosowane wśród rozpuszczalnych w wodzie płynów do cięcia również ze względu na niską cenę. Po zmieszaniu z wodą często tworzą emulsje. W rezultacie powstaje olej mineralny bazowy i emulsja tworząca płyn do obróbki metali. Działa dobrze w formie rozcieńczonej i oferuje doskonałą smarowność i wydajność przenoszenia ciepła. Składają się w 60-90% z ropy naftowej, emulgatorów lub oleju mineralnego i przylegają do obrabianego przedmiotu podczas obróbki. Idealne do smarowania i doskonale zabezpieczają przed rdzą po zmieszaniu z określoną ilością inhibitora rdzy.

Zalety:

• zapewniają lepsze chłodzenie i smarowanie dzięki mieszance wody i oleju,
• są uniwersalne i idealnie nadają się do mało i średnio wymagających prac, w tym do różnych zastosowań związanych z metalami żelaznymi i nieżelaznymi.

Wady:

• zbiornik na płyn chłodzący sprzyja rozwojowi bakterii i grzybów, jeśli nie jest prawidłowo konserwowany,
• olej w mieszance powoduje problemy z korozją, straty na skutek parowania i zanieczyszczenie olejem obcym.

Chłodziwo i jego stężenie

Zastosowanie niewłaściwego stężenia chłodziwa w maszynie CNC może doprowadzić do kilku komplikacji. Bardzo ważne jest zastosowanie odpowiedniego jego współczynnika, aby osiągnąć jak najlepsze rezultaty w procesie produkcyjnym.

Problemy po zastosowaniu zbyt niskiego stężenia chłodziwa:

• wzrost mikrobiologiczny i skażenie bakteriami,
• szybsze zużycie narzędzi skrawających,
• korozja części i maszyn.

Zagrożenia z powodu zbyt wysokiego stężenia środka chłodzącego:

• pienienie się,
• toksyczność,
• marnotrawstwo,
• zmniejszone przewodzenie ciepła,
• słabe smarowanie,
• przebarwienia maszyn i części obrabianych,
• degradacja narzędzi spowodowana gromadzeniem się pozostałości.

Płyny do cięcia na bazie wody vs. chłodziwo pod wysokim ciśnieniem

Obydwa rodzaje są niezwykle powszechne w procesach obróbki, jak i skuteczne w smarowaniu narzędzi i materiałów tnących. Płyny na bazie wody mają doskonałe właściwości rozpraszania ciepła i smarowność. Są przyjazne dla środowiska i opłacalne jako alternatywa dla chłodziw maszynowych wysokociśnieniowych. Jednak są podatne na rozwój bakterii i mogą powodować korozję niektórych metali. Są one drogie i wymagają profesjonalnej obsługi, aby zapewnić bezpieczną i wydajną pracę.

Kiedy należy wymienić chłodziwo?

Na częstotliwość wymiany chłodziwa w maszynie CNC mają wpływ różne czynniki. Zalicza się do nich rodzaj obrabianego materiału, rodzaj chłodziwa i warunki pracy maszyny. Jednak większość producentów maszyn CNC zaleca wymianę co 6-12 miesięcy jako ogólną zasadę.

Dlaczego chłodziwo się pieni?

Główną przyczyną jest brak minerałów w wodzie zasilającej układ chłodzenia. Zaleca się również sprawdzenie twardości wody.