Безхлорні чисті різальні оливи (neat cutting oils)

Тенденції механічної обробки під нові технології

Технологія верстатів швидко змінилася за останні роки. Застосування нових матеріалів і зміни в конструкції обладнання призвели до вищих швидкостей обробки та вищих температур різання, що допомагає підвищити продуктивність.

Оскільки автомобільна промисловість намагається зменшити масу автомобіля та поліпшити паливну економічність, відбувається загальний перехід від чорних сплавів до легших і стійкіших матеріалів, таких як сплави алюмінію та магнію.

Принципи мащення в металообробці

З огляду на всі сфери мащення, металообробка є одним із найскладніших застосувань, адже на межі контакту заготовки та інструмента можуть виникати зусилля до 50 000 psi (345 МПа) і температури до 1650°F (900°C). Щоб забезпечити довший термін служби інструмента, кращу якість поверхні та підвищену продуктивність, яких вимагають інженери, у рідину для металообробки потрібні високі концентрації комбінацій присадок.

Хлоровані парафіни, а також фосфорні сполуки, осірчені присадки, полімерні естери та металовмісні переосновнені сульфонати — це типові протизадирні (EP, Extreme Pressure) присадки, які застосовують у рецептурах чистих олив для металообробки. Ці різні присадки працюють за різних температур активації (Рисунок 1), формуючи міцну змащувальну плівку між заготовкою та інструментом — зменшуючи зношування, щоб подовжити термін служби інструмента, забезпечити кращу якість поверхні та підвищити продуктивність.

Кумулятивний ефект хімії присадок (cumulative effects of additive chemistries) полягає в тому, що різні присадки доповнюють одна одну в межах робочого діапазону температур.

Занепокоєння щодо застосування хлорованих EP-присадок

Хлор у формі коротко- та середньоланцюгових хлорованих парафінів є недорогою та високоефективною протизадирною (EP) присадкою. Однак такі регуляторні норми, як європейський Регламент щодо реєстрації, оцінки, авторизації та обмеження хімічних речовин (REACH), можуть обмежувати їх використання.

Коротколанцюгові хлоровані парафіни вважаються канцерогенними та токсичними для морського життя згідно з REACH, і їх не буде дозволено застосовувати у продуктах, що впливатимуть на здоров'я та довкілля. Середньоланцюгові продукти в Європі визнано токсичними для морського життя.

Прихильники застосування хлорованих парафінів у Сполучених Штатах підтверджують, що найімовірнішим джерелом шкідливого впливу на довкілля є використання та утилізація хлорованих продуктів для металообробки — через їхню низьку розчинність у воді та стійкість у довкіллі. Деякі штати США вже регулюють утилізацію хлорованих олив для металообробки й не дозволяють їх спалювання чи будь-які ініціативи з переробки через ризик утворення токсичних газів. Хлорований відхід вважається небезпечним, а отже, його утилізація обходиться дорожче.

Інші проблеми, пов'язані з робочими характеристиками хлорованих олив

Хлоровані чисті оливи для металообробки можуть спричиняти коротший час активації у високошвидкісних операціях. За таких умов утворюється хлороводень, який може викликати проблеми з корозією та скорочувати термін служби інструмента. Корозію може посилювати присутність води, що контактує з хлором.

Безхлорні рецептури для нинішніх і майбутніх потреб

Безхлорні рецептури існують у Європі вже багато років із підтвердженими робочими характеристиками у вимогливих умовах обробки та нових конструкціях обладнання. Щоб ефективно замінити хлор, потрібен сильний синергічний ефект між альтернативними хімічними присадками, які змочують металеву поверхню, формуючи плівку з міцними EP-властивостями. Лише за небагатьма винятками безхлорні чисті оливи не можуть замінити продукти, що містять хлор.

Випробування, проведені з чорними та кольоровими матеріалами на обладнанні Microtap для вимірювання моменту нарізання різі (Tapping Torque), дають змогу порівняти продукти з хлорованим парафіном і без нього (Рисунки 2 і 3). Результати показують, що завдяки добре дослідженим і вдало підібраним комбінаціям присадок можна досягати порівнянних показників ефективності в металообробці помірної та підвищеної складності.

Нова безхлорна технологія присадок пропонує не лише екологічні переваги, а й покращене робоче середовище. Світліші кольори та слабший запах допомагають поліпшити умови праці оператора верстата.

Рисунок 2 — оцінювання неактивних чистих продуктів для металообробки (inactive neat metalworking products). Рисунок 3 — оцінювання активних чистих продуктів для металообробки (active neat metalworking products).

Нішеві застосування та висновок

Хлоровані чисті оливи для металообробки наразі й надалі відіграватимуть роль у нішевих застосуваннях металообробки, зокрема в обробці дуже міцних інертних матеріалів, таких як нержавна сталь.

Застосування цих продуктів новішої технології в сучасних високошвидкісних механічних цехах допомагає забезпечити підвищену продуктивність, якої вимагають інженери та верстатники, водночас зменшуючи екологічні та медичні занепокоєння під час операцій металообробки.