Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie man die Metallzerspanung schneller und präziser machen kann? Dieser Blog erforscht die Geheimnisse der Kühlschmierstoffe - der unbesungenen Champions der Zerspanung. Erfahren Sie, wie sie kühlen, schmieren und reinigen und Ihren Metallbearbeitungsprozess in ein Meisterwerk verwandeln. Bereiten Sie sich darauf vor, die Magie hinter glatteren Oberflächen und länger haltbaren Werkzeugen zu entdecken!
Um die Effizienz der Zerspanung zu erhöhen, die Genauigkeit des Werkstücks zu verbessern, die Oberflächenrauheit zu verringern, die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern und optimale wirtschaftliche Ergebnisse zu erzielen, ist es wichtig, die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück sowie zwischen Werkzeug und Spänen zu minimieren.
Darüber hinaus ist es wichtig, die durch die Materialverformung in der Schneidzone entstehende Wärme sofort abzuführen.
Um diese Ziele zu erreichen, wurden einerseits Fortschritte bei der Entwicklung von hochharten und hochtemperaturbeständigen Werkzeugwerkstoffen und bei der Verfeinerung der Werkzeuggeometrie erzielt.
Die Einführung von Werkstoffen wie Kohlenstoffstahl, Schnellarbeitsstahl, Wolframkarbid und Keramik sowie die Verwendung von Wendeschneidplattenwerkzeugen haben die Entwicklung von Werkzeugen erheblich beschleunigt. Zerspanung Preise.
Andererseits führt die Verwendung von Hochleistungs-Schneidstoffen oft zu einer erheblichen Steigerung der Schneidleistung, einer Senkung der Oberflächenrauhigkeitund verlängert die Lebensdauer der Werkzeuge, was zu hervorragenden und kostengünstigen Ergebnissen führt. Die Funktionen von Kühlschmierstoffe umfassen:
Der Kühleffekt beruht auf der Konvektionswärmeübertragung und der Verdampfung der Schneidflüssigkeit, um die Wärme von den Festkörpern (Werkzeuge, Werkstücke und Späne) abzuführen und so die Temperatur im Schneidbereich zu senken und den Verzug des Werkstücks zu verringern, wobei die Härte und Größe des Werkzeugs erhalten bleibt.
Die Effizienz dieses Kühleffekts hängt von den thermischen Eigenschaften der Flüssigkeit ab, insbesondere von ihrer spezifischen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit.
Außerdem spielen die Strömungsbedingungen und die Wärmeaustauschkoeffizienten eine entscheidende Rolle. Der Wärmeaustauschkoeffizient kann durch die Einstellung oberflächenaktiver Materialien und latenter Wärme verbessert werden.
Wasser mit seiner hohen spezifischen Wärmekapazität und beeindruckenden Wärmeleitfähigkeit übertrifft Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis in Bezug auf die Schneidleistung. Eine Änderung der Strömungsbedingungen, wie z. B. eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und des Volumens, kann die Kühlwirkung des Kühlschmierstoffs wirksam verbessern.
Diese Methode ist besonders vorteilhaft für ölbasierte Kühlschmierstoffe mit geringerer Kühlwirkung. Beim Tieflochbohren und Hochgeschwindigkeitsbohren ZahnradbearbeitungDurch die Erhöhung von Druck und Volumen der Flüssigkeitszufuhr konnten Verbesserungen erzielt werden.
Die Sprühkühlung, die ein leichtes Verdampfen der Flüssigkeit ermöglicht, verbessert die Kühlwirkung ebenfalls deutlich.
Die Kühlwirkung eines Kühlschmierstoffs wird durch seine Permeabilität beeinflusst. Fluide mit guter Permeabilität kühlen die Schneide schneller ab. Die Durchlässigkeit von Kühlschmierstoffen hängt von ihrer Viskosität und Benetzbarkeit ab. Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität haben eine bessere Permeabilität als solche mit hoher Viskosität.
Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis haben in der Regel eine bessere Durchlässigkeit als solche auf Wasserbasis, aber Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis, die Tenside enthalten, weisen eine deutlich höhere Durchlässigkeit auf.
Die Benetzbarkeit einer Schneidflüssigkeit hängt mit ihrer Oberflächenspannung zusammen. Wenn die Flüssigkeit eine hohe Oberflächenspannung hat, neigt sie dazu, Tröpfchen auf festen Oberflächen zu bilden, was zu einer schlechten Durchlässigkeit führt.
Hat die Flüssigkeit dagegen eine niedrige Oberflächenspannung, breitet sie sich auf dem Festkörper aus, wobei der Kontaktwinkel zwischen Festkörper und Flüssigkeit bzw. Gas minimal oder sogar Null ist. Dies führt zu einer ausgezeichneten Permeabilität, die es der Flüssigkeit ermöglicht, schnell in die Zwischenräume zu fließen, in denen das Werkzeug das Werkstück und die Späne berührt, wodurch die Kühlwirkung verstärkt wird.
Die Qualität der Kühlwirkung hängt auch mit der Schaumbildung zusammen. Da Schaum hauptsächlich aus Luft besteht, die eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, zeigen Schneidflüssigkeiten mit übermäßigem Schaum eine geringere Kühlleistung.
Aus diesem Grund enthalten synthetische Kühlschmierstoffe, die Tenside enthalten, in der Regel eine kleine Menge emulgiertes Silikonöl, das als Entschäumungsmittel dient.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass ionische Kühlschmierstoffe auf Wasserbasis die statische Aufladung, die beim Trennen und Schleifen durch die starke Reibung entsteht, schnell neutralisieren können, wodurch eine Überhitzung des Werkstücks verhindert und eine außergewöhnliche Kühlwirkung erzielt wird.
Solche ionischen Kühlschmierstoffe werden heute in großem Umfang als Kühlschmiermittel für Hochgeschwindigkeitsschleifen und aggressive Schleifprozesse eingesetzt.
Bei der Bearbeitung entsteht Reibung zwischen den Schneidewerkzeug und den Spänen sowie zwischen dem Werkzeug und der Oberfläche des Werkstücks. Kühlschmierstoffe wirken als Schmiermittel, um diese Reibung zu verringern.
Das Schneidwerkzeug kommt aufgrund seines Freiwinkels während der Bearbeitung weniger mit dem zu bearbeitenden Material in Berührung als die Hauptschneidfläche, was zu einem geringeren Anpressdruck führt.
Die Reibungsschmierbedingungen an der Entlastungsfläche nähern sich einem Grenzschmierzustand. Stark adsorbierende Substanzen, wie ölhaltige Mittel und EP-Mittel (Extreme Pressure) mit reduzierter Scherfestigkeit, verringern diese Reibung wirksam.
Die Situation auf der Hauptschneidfläche ist anders; wenn der verformte Span durch den Druck des Werkzeugs herausgedrückt wird, erhöht sich der Anpressdruck, und der Span, der sich plastisch verformt, erwärmt sich.
Nach dem Aufbringen der Schneidflüssigkeit zieht sich der Span aufgrund der Abkühlung schlagartig zusammen, wodurch sich die Kontaktlänge des Spans auf der Hauptschneidfläche und die Metallkontaktfläche zwischen dem Span und dem Werkzeug verringern.
Dadurch wird auch die durchschnittliche Scherspannung gesenkt, was zu einem größeren Scherwinkel und einer geringeren Schnittkraft führt und die Bearbeitbarkeit des Werkstückmaterials verbessert.
Beim Schleifen bildet sich durch die Zugabe von Schleifflüssigkeit ein Schmierfilm zwischen Schleifkorn, Werkstück und Spänen. Diese Schmierschicht verringert die Reibung, verhindert die Abnutzung der Schleifkanten und verbessert die Oberflächengüte.
Im Allgemeinen schneiden Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis besser ab als solche auf Wasserbasis, wobei die besten Ergebnisse mit Flüssigkeiten auf Ölbasis erzielt werden, die ölige und EP-Zusätze enthalten. Bei diesen öligen Zusätzen handelt es sich in der Regel um langkettige organische Verbindungen mit polaren Gruppen, wie Fettsäuren, Alkohole und pflanzliche oder tierische Fette.
Sie bilden eine Schmierschicht auf der Metalloberfläche und verringern die Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück sowie den Spänen, um den Schneidwiderstand zu verringern, die Werkzeugstandzeit zu verlängern und die Oberflächengüte zu verbessern.
Ölhaltige Additive funktionieren am besten bei niedrigeren Temperaturen; über 200 °C wird ihre Adsorptionsschicht beeinträchtigt und verliert ihre Schmiereigenschaften. Daher werden ölhaltige Kühlschmierstoffe für das Präzisionsschneiden mit niedriger Geschwindigkeit verwendet, während für das Hochleistungsschneiden Kühlschmierstoffe mit EP-Zusätzen erforderlich sind.
EP-Zusätze enthalten Elemente wie Schwefel, Phosphor und Chlor, die bei hohen Temperaturen mit Metallen chemisch reagieren und Verbindungen wie Eisensulfid, Eisenphosphat und Eisenchlorid bilden, die alle eine geringe Scherfestigkeit aufweisen.
Dadurch werden der Schneidwiderstand und die Reibung zwischen dem Werkzeug, dem Werkstück und den Spänen verringert, was den Schneidprozess erleichtert. EP-haltige Kühlschmierstoffe verhindern auch die Ablagerung von Spänen und verbessern die Oberflächengüte.
Eisenchlorid hat eine geschichtete Kristallstruktur, die ihm die geringste Scherfestigkeit verleiht. Im Vergleich zu Eisensulfid hat es einen niedrigeren Schmelzpunkt und verliert seine Schmiereigenschaften bei etwa 400 °C.
Eisenphosphat liegt in seinen Eigenschaften zwischen Eisenchlorid und Eisensulfid. Eisensulfid hält Temperaturen von bis zu 700 °C stand und wird in der Regel in Kühlschmierstoffen für die Schwerzerspanung und die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien verwendet.
EP-Additive bilden nicht nur scherarme Schmierschichten auf Eisenmetallen wie Stahl und Eisen, sondern erfüllen diese Funktion auch auf Nichteisenmetallen wie Kupfer und Aluminium. Bei der Zerspanung von Nichteisenmetallen sollten jedoch reaktive EP-Zusätze vermieden werden, um eine Korrosion des Werkstücks zu verhindern.
Die Schmierwirkung von Kühlschmierstoffen hängt auch mit ihren Penetrationseigenschaften zusammen. Bei guter Penetration gelangen die Schmierstoffe schnell an die Grenzflächen zwischen Spänen, Werkzeugen und Werkstücken und bilden Schmierfilme, die den Reibungskoeffizienten und den Schnittwiderstand verringern.
Jüngste Studien deuten darauf hin, dass Schneidflüssigkeiten neben den bereits erwähnten Schmiereffekten auch in winzige Risse auf Metalloberflächen eindringen und die physikalischen Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials verändern können, wodurch der Schneidwiderstand verringert und der Bearbeitungsprozess erleichtert wird.
Bei der Metallzerspanung können Späne, Metallpulver, Schleifabfälle und Ölrückstände leicht an der Oberfläche des Werkstücks, der Schneidwerkzeuge und der Schleifscheiben haften. Dies beeinträchtigt die Zerspanungsleistung und verschmutzt sowohl das Werkstück als auch die Werkzeugmaschine.
Daher müssen Kühlschmierstoffe hervorragende Reinigungseigenschaften aufweisen. Bei ölbasierten Kühlschmierstoffen gilt: Je niedriger die Viskosität, desto stärker die Reinigungsleistung. Kühlschmierstoffe, die leichte Bestandteile wie Diesel und Kerosin enthalten, bieten eine hervorragende Penetration und Reinigungsleistung.
Tensidhaltige Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis erzielen bessere Reinigungsergebnisse.
Einerseits können Tenside verschiedene Partikel und ölige Schlämme adsorbieren und einen Adsorptionsfilm auf der Werkstückoberfläche bilden, der das Anhaften an Werkstück, Werkzeug und Schleifscheiben verhindert.
Andererseits können sie in die Grenzfläche eindringen, an der Partikel und Ölrückstände anhaften, und diese mit der Schneidflüssigkeit abtrennen und entfernen.
Die Reinigungsfähigkeit von Kühlschmierstoffen sollte sich auch darin zeigen, dass sie Ablagerungen, Schleifpartikel, Metallpulver und Ölrückstände wirksam abscheiden und absetzen.
Recycelte Kühlschmierstoffe sollten sich nach der Rückkehr in den Kühltank schnell am Boden des Behälters absetzen, während Ölreste an der Oberfläche schwimmen.
So bleibt der Kühlschmierstoff auch nach mehrmaligem Gebrauch sauber, was die Verarbeitungsqualität garantiert und die Lebensdauer verlängert.
Wenn das Werkstück während des Bearbeitungsprozesses mit korrosiven Substanzen in Berührung kommt, die durch die Zersetzung oder Oxidation von Wasser und Schneidflüssigkeiten entstehen, wie z. B. Schwefel, Schwefeldioxid, Chloridionen, Säuren, Schwefelwasserstoff und Laugen, wird es korrosionsanfällig.
Auch Maschinenteile, die mit Kühlschmierstoffen in Berührung kommen, können korrodieren. Wenn die Schneidflüssigkeit keine Rostschutzfunktion hat, kann das Werkstück während der Lagerung nach der Bearbeitung oder zwischen den Arbeitsgängen durch Feuchtigkeit und korrosive Stoffe in der Luft chemisch und elektrochemisch korrodieren, was zu Rostbildung führt.
Daher müssen Kühlschmierstoffe hervorragende Rostschutzeigenschaften aufweisen, was eine ihrer grundlegenden Eigenschaften ist.
Schneidöle haben im Allgemeinen eine gewisse rostverhindernde Wirkung. Wenn die Lagerzeit zwischen den Einsätzen nicht lang ist, besteht keine Notwendigkeit, Rostschutzmittel hinzuzufügen. Die Zugabe von Rostschutzmitteln wie Barium-Petroleumsulfonaten zu Schneidöl kann dessen Verschleißschutzeigenschaften verringern.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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