De rol en het gebruik van snijvloeistoffen begrijpen

Om tijdens het metaalsnijproces de snijefficiëntie te verhogen, de nauwkeurigheid van het werkstuk te verbeteren, de oppervlakteruwheid te verminderen, de levensduur van het gereedschap te verlengen en optimale economische resultaten te behalen, is het van vitaal belang om de wrijving tussen het gereedschap en het werkstuk en tussen het gereedschap en de spanen te minimaliseren.

Bovendien is het cruciaal om de warmte die ontstaat door materiaalvervorming in de snijzone snel af te voeren.

Om deze doelen te bereiken is enerzijds vooruitgang geboekt door gereedschapsmaterialen met een hoge hardheid en hoge temperatuurbestendigheid te ontwikkelen en door de geometrie van de gereedschappen te verfijnen.

De introductie van materialen zoals koolstofstaal, hogesnelheidsstaal, wolfraamcarbide en keramiek, evenals het gebruik van indexeerbare gereedschappen, hebben de groei van het aantal gereedschappen aanzienlijk versneld. metaal snijden tarieven.

Aan de andere kant zorgt het gebruik van hoogwaardige snijvloeistoffen vaak voor een aanzienlijke verbetering van de snijefficiëntie en een verlaging van de kosten. oppervlakteruwheiden verlengt de levensduur van het gereedschap, wat leidt tot zowel superieure als kosteneffectieve resultaten. De functies van snijvloeistoffen omvatten:

I. Koelingseffect

Het koelingseffect berust op de convectiewarmteoverdracht en verdamping van de snijvloeistof om warmte te onttrekken aan vaste stoffen (gereedschap, werkstukken en spanen), waardoor de temperatuur in het snijgebied daalt en vervorming van het werkstuk en de hardheid en grootte van het gereedschap worden verminderd.

De efficiëntie van dit koeleffect hangt af van de thermische eigenschappen van de vloeistof, vooral de specifieke warmtecapaciteit en de thermische geleidbaarheid.

Daarnaast spelen de stromingsomstandigheden van de vloeistof en de warmtewisselingscoëfficiënt een cruciale rol. De warmteuitwisselingscoëfficiënt kan worden verbeterd door de oppervlakteactieve materialen en de latente warmte aan te passen.

Water, met zijn hoge specifieke warmtecapaciteit en indrukwekkende thermische geleidbaarheid, overtreft snijvloeistoffen op oliebasis op het gebied van snijprestaties. Het wijzigen van de stromingsomstandigheden, zoals het verhogen van de stromingssnelheid en het volume, kan het koelingseffect van de snijvloeistof effectief verbeteren.

Deze methode is vooral gunstig voor snijvloeistoffen op oliebasis met inferieure koelingseffecten. Bij diepgatpistoolboren en hogesnelheids tandwielbewerkingHet verhogen van de druk en het volume van de vloeistoftoevoer heeft geleid tot verbeteringen.

Sproeikoeling, waardoor de vloeistof gemakkelijk kan verdampen, verbetert ook aanzienlijk het koelingseffect.

De koelende werking van een snijvloeistof wordt beïnvloed door de permeabiliteit. Vloeistoffen met een goede permeabiliteit koelen de snijkant sneller af. De permeabiliteit van snijvloeistoffen is gerelateerd aan hun viscositeit en bevochtigbaarheid. Vloeistoffen met een lage viscositeit hebben een betere permeabiliteit dan vloeistoffen met een hoge viscositeit.

Snijvloeistoffen op oliebasis hebben meestal een betere permeabiliteit dan snijvloeistoffen op waterbasis, maar snijvloeistoffen op waterbasis die oppervlakteactieve stoffen bevatten, hebben een aanzienlijk betere permeabiliteit.

De bevochtigbaarheid van een snijvloeistof is gerelateerd aan de oppervlaktespanning. Als de vloeistof een hoge oppervlaktespanning heeft, heeft deze de neiging om druppels te vormen op vaste oppervlakken, wat resulteert in een slechte permeabiliteit.

Als de vloeistof daarentegen een lage oppervlaktespanning heeft, verspreidt deze zich over de vaste stof, waarbij de contacthoek vaste stof-vloeistof-gas minimaal of zelfs nul is. Dit leidt tot een uitstekende permeabiliteit, waardoor de vloeistof snel in de openingen stroomt waar het gereedschap in contact komt met het werkstuk en de spanen, waardoor het koelingseffect wordt versterkt.

De kwaliteit van het koelingseffect hangt ook samen met schuimvorming. Omdat schuim voornamelijk bestaat uit lucht, die een slechte thermische geleidbaarheid heeft, vertonen snijvloeistoffen met overmatig schuim verminderde koelprestaties.

Daarom bevatten synthetische snijvloeistoffen die oppervlakteactieve stoffen bevatten meestal een kleine hoeveelheid geëmulgeerde siliconenolie als antischuimmiddel.

Recente studies hebben aangetoond dat snijvloeistoffen op basis van ionisch water snel de statische lading kunnen neutraliseren die ontstaat tijdens het snijden en slijpen als gevolg van intense wrijving, waardoor oververhitting van het werkstuk wordt voorkomen en uitzonderlijke koelingseffecten worden geboden.

Dergelijke ionische snijvloeistoffen worden nu veel gebruikt als koelsmeermiddelen voor slijpen met hoge snelheid en agressieve slijpprocessen.

II. Rol van smering

Tijdens het bewerken treedt wrijving op tussen de snijtang en de spanen en tussen het gereedschap en het werkstukoppervlak. Snijvloeistoffen werken als smeermiddel om deze wrijving te verminderen.

Voor het snijgereedschap geldt dat het, gezien de ontlastingshoek tijdens het bewerken, minder contact maakt met het te bewerken materiaal dan het primaire snijvlak, wat resulteert in een lagere contactdruk.

De wrijvings- en smeringstoestand op het ontlastingsvlak benadert een grenssmeringstoestand. Sterk adsorberende stoffen, zoals olieachtige middelen en middelen onder extreme druk (EP) met verminderde afschuifsterkte, verminderen deze wrijving effectief.

De situatie op het primaire snijvlak is anders; als de vervormde spaan door de druk van het gereedschap naar buiten wordt gedwongen, neemt de contactdruk toe en wordt de spaan, die plastische vervorming ondergaat, verhit.

Na het aanbrengen van snijvloeistof krimpt de spaan abrupt door afkoeling, waardoor de contactlengte van de spaan op het primaire snijvlak en het metaalcontactoppervlak tussen de spaan en het gereedschap afneemt.

Dit verlaagt ook de gemiddelde schuifspanning, wat resulteert in een grotere afschuifhoek en minder snijkracht, waardoor de bewerkbaarheid van het werkstukmateriaal verbetert.

Tijdens het slijpen vormt het toevoegen van slijpvloeistof een smeerfilm tussen de slijpkorrel, het werkstuk en de spanen. Deze smeerlaag vermindert wrijving, voorkomt slijtage van de slijpranden en verbetert de oppervlakteafwerking.

Over het algemeen presteren snijvloeistoffen op oliebasis beter dan vloeistoffen op waterbasis, met de beste resultaten van vloeistoffen op oliebasis die olieachtige en EP-additieven bevatten. Deze olieachtige additieven zijn meestal lange-keten organische verbindingen met polaire groepen, zoals vetzuren, alcoholen en plantaardige of dierlijke vetten.

Ze vormen een smeerlaag op het metaaloppervlak, waardoor de wrijving tussen het gereedschap en zowel het werkstuk als de spanen vermindert, met als doel de snijweerstand te verlagen, de levensduur van het gereedschap te verlengen en de oppervlakteafwerking te verbeteren.

Olieachtige additieven werken het best bij lagere temperaturen; boven 200°C wordt hun adsorptielaag aangetast en verliezen ze hun smerende eigenschappen. Daarom worden oliehoudende snijvloeistoffen gebruikt voor precisiesnijden met lage snelheden, terwijl snijvloeistoffen met EP-additieven nodig zijn voor zware snijsnelheden.

EP-additieven bevatten elementen zoals zwavel, fosfor en chloor die bij hoge temperaturen chemisch reageren met metalen om verbindingen te vormen zoals ijzersulfide, ijzerfosfaat en ijzerchloride, die allemaal een lage afschuifsterkte hebben.

Dit vermindert de snijweerstand en de wrijving tussen het gereedschap, het werkstuk en de spanen, wat het snijproces vergemakkelijkt. EP-bevattende snijvloeistoffen voorkomen ook spaanafzetting en verbeteren de oppervlakteafwerking.

IJzerchloride heeft een gelaagde kristalstructuur, waardoor het de laagste afschuifsterkte heeft. Vergeleken met ijzersulfide heeft het een lager smeltpunt en verliest het zijn smeereigenschappen rond 400°C.

IJzerfosfaat ligt qua eigenschappen tussen ijzerchloride en ijzersulfide in. IJzersulfide is bestand tegen temperaturen tot 700 °C en wordt meestal gebruikt in snijvloeistoffen voor zwaar snijwerk en bewerking van moeilijk te snijden materialen.

Naast het vormen van smeerlagen met lage afschuiving op ferrometalen zoals staal en ijzer, hebben EP-additieven deze functie ook op non-ferrometalen zoals koper en aluminium. Voor het snijden van non-ferrometalen moeten reactieve EP-additieven echter worden vermeden om corrosie van het werkstuk te voorkomen.

Het smerende effect van snijvloeistoffen is ook gekoppeld aan hun penetrerende eigenschappen; met een goede penetratie kunnen smeermiddelen snel de interfaces tussen spanen, gereedschappen en werkstukken bereiken en smeerfilms vormen die wrijvingscoëfficiënten en snijweerstand verminderen.

Recente studies suggereren dat, naast de eerder genoemde smeringseffecten, snijvloeistoffen kunnen binnendringen in minuscule scheurtjes op metalen oppervlakken, waardoor de fysische eigenschappen van het bewerkte materiaal veranderen, de snijweerstand afneemt en het bewerkingsproces gemakkelijker verloopt.

III. Schoonmaakactie

Tijdens metaalverspaningsprocessen kunnen spanen, metaalpoeders, slijpafval en olieresten zich gemakkelijk hechten aan het oppervlak van het werkstuk, het snijgereedschap en de slijpschijven. Dit beïnvloedt de snijprestaties en vervuilt zowel het werkstuk als de machine.

Snijvloeistoffen moeten dus uitstekende reinigingseigenschappen hebben. Voor snijvloeistoffen op oliebasis geldt: hoe lager de viscositeit, hoe beter het reinigend vermogen. Snijvloeistoffen met lichte componenten zoals diesel en kerosine bieden een superieure penetratie en reinigingsprestatie.

Snijvloeistoffen op waterbasis die oppervlakteactieve stoffen bevatten, geven betere reinigingsresultaten.

Aan de ene kant kunnen oppervlakteactieve stoffen verschillende deeltjes en olieachtig slib adsorberen en een adsorptiefilm vormen op het oppervlak van het werkstuk, waardoor adhesie op het werkstuk, gereedschap en slijpschijven wordt voorkomen.

Aan de andere kant kunnen ze doordringen in het grensvlak waar deeltjes en olieresten zich hechten, ze scheiden en verwijderen met de snijvloeistof.

Het reinigingsvermogen van snijvloeistoffen moet ook duidelijk zijn in het effectief scheiden en bezinken van puin, slijpdeeltjes, metaalpoeders en olieresten.

Gerecyclede snijvloeistoffen moeten snel deeltjes zoals metaalspanen, poeders, slijpafval en microdeeltjes op de bodem van de container laten bezinken nadat ze zijn teruggekeerd naar de koeltank, terwijl olieresten aan de oppervlakte drijven.

Dit zorgt ervoor dat de snijvloeistof schoon blijft, zelfs na herhaaldelijk gebruik, waardoor de verwerkingskwaliteit wordt gegarandeerd en de levensduur wordt verlengd.

IV. Roestpreventie

Tijdens het bewerkingsproces wordt het werkstuk gevoelig voor corrosie als het in contact komt met corrosieve stoffen die ontstaan door de ontleding of oxidatie van water en snijvloeistoffen, zoals zwavel, zwaveldioxide, chloride-ionen, zuren, waterstofsulfide en alkaliën.

Machineonderdelen die in contact komen met snijvloeistoffen kunnen ook corroderen. Als de snijvloeistof geen roestwerende eigenschappen heeft, kan het werkstuk chemische en elektrochemische corrosie ondergaan door het vocht en de corrosieve stoffen in de lucht tijdens opslag na de bewerking of tussen bewerkingen in, wat leidt tot roestvorming.

Daarom moeten snijvloeistoffen superieure roestwerende eigenschappen hebben, wat een van hun fundamentele kenmerken is.

Snijoliën hebben over het algemeen enige roestwerende eigenschappen. Als de opslagperiode tussen twee bewerkingen niet lang is, is het niet nodig om roestwerende middelen toe te voegen. Het toevoegen van roestwerende middelen, zoals barium petroleum sulfonaten, aan snijolie kan de anti-slijtage eigenschappen verminderen.