Jak powszechnie wiadomo, obróbka CNC może być wykonywana na sucho lub za pomocą cieczy chłodząco-smarujących. Dziś przyjrzymy się bliżej obróbce na mokro. Jak sama nazwa wskazuje – ich zadaniem jest chłodzenie powierzchni obrabianej i narzędzia, ale także niejednokrotnie wspomagają odprowadzanie wiórów.

 

Właściwości cieczy obróbkowej

Choć często pogodzić niektóre za jednym razem — wśród cech, które są najbardziej pożądane przy obróbce CNC na mokro, możemy wymienić:

• zdolność przejmowania i odprowadzania ciepła
• możliwość smarowania, by zmniejszyć tarcie przy wysokiej temperaturze i dużych naciskach jednostkowych
• czasowa ochrona detalu przed korozją
• bezzapachowość
• brak właściwości pieniących się
• obojętność wobec lakierów
• niepowodowanie tworzenia się dymów i osadów
• niepalność
• niska temperatura krzepnięcia
• wysoka temperatura wrzenia
• łatwe do zutylizowania
• nie działają szkodliwie na człowieka

 

Rodzaje chłodziw w obróbce na mokro

W zależności, jaki rodzaj obróbki chcemy zastosować, będziemy potrzebować innego rodzaju chłodziwa. W przypadku cieczy obróbkowych można je podzielić na 3 grupy: ciecze olejowe, ciecze emulsyjne oraz wodorozcieńczalne – zwane także wodnymi lub syntetycznymi. Skąd więc wiadomo, w jakich przypadkach wybrać jaki rodzaj chłodziwa?

Decydują o tym przede wszystkim właściwości smarne i chłodzące. Na zdolność chłodzenia mają wpływ ciepło właściwe i przewodność cieplna. Są sporymi atutami w porównaniu do chłodziw olejowych, chociaż te z kolei przewyższają je, jeśli chodzi o właściwości smarne. Jeśli chodzi o ciecze syntetyczne – łączą obie te cechy i w zależności od stężenia bliżej im albo do cieczy wodnej albo do oleju.

 

 

Ciecze obróbkowe olejowe

Spośród cieczy olejowych również możemy rozróżnić kilka rodzajów — każdy z ich wykazuje inne właściwości:

• Oleje mineralne bez dodatków – podczas procesu skrawania CNC, jak np. wysokie temperatury, duże naciski na powierzchnię – wykazuje słabe właściwości smarne. Używamy je raczej tylko wtedy, gdy mamy do czynienia przy małych prędkościach skrawania, z materiałami, które łatwo się skrawa.
• Oleje mineralne z dodatkami polarnymi – czyli naturalne lub syntetyczne związki organiczne, które mają dobre zdolności absorpcyjne względem metali. Środki polarne mono i polimolekularne warstwy smarowne, wytrzymałe na duże obciążenia, dlatego stosujemy je przy obróbce CNC w cięższych warunkach.
• Oleje mineralne zawierające dodatki typu EP (extreme pressure) – składniki EP to nic innego, jak związki pierwiastków (fosfor, chlor i siarka), które mają bardzo silne powinowactwo z metalem obrabianym. Te związki są obojętne wobec żelaza w niskich temperaturach, natomiast w temperaturze między 200 °C a 800 °C, ulegają rozkładowi. W wyniku tego wydzielające się z nich pierwiastki tworzą fosforki, chlorki i siarczki pod postacią smaru stałego, który jest wytrzymały na wysokie naciski. Oleje tego typu świetnie sprawdzą się do pracy przy wysokich prędkościach skrawania i do zadań specjalnych, przy materiałach trudnoskrawalnych.
• Oleje roślinne i ciekłe tłuszcze zwierzęce – obecnie już raczej się ich nie stosuje, ze względu na ich szybkie utlenianie. Szybko zaczynały jełczeć i wytwarzać lekko mówiąc nieprzyjemny zapach, poza tym koszt także nie należał do najtańszych. Ciekawostką jest, że przy niektórych rodzajach obróbki dawały finalnie bardzo małą chropowatość powierzchni.

 

Emulsyjne ciecze obróbkowe

Jak już wcześniej wspomnieliśmy – ten rodzaj cieczy obróbkowej łączy w sobie zarówno właściwości smarne, jak i chłodzące. Składają się z wody i oleju emulgującego (ten z kolei jest mieszaniną oleju mineralnego z emulgatorem i dodatkami).

Emulgator to substancja, która zmniejsza powierzchniowe napięcie cieczy na granicy faz olej-woda. Od ilości emulgatora jest zależny stopień dypresji oleju w wodzie i zdolność przenikania cieczy do miejsc trudno dostępnych. Gatunek oleju emulsyjnego powinno się dobierać odpowiednio do przeznaczenia cieczy. Warto pamiętać, że do przygotowania emulsji olejowych używamy miękkiej wody, ponieważ im twardsza woda, tym emulsja szybciej traci właściwości eksploatacyjne (głównie chodzi o powstawanie osadów).

 

 

Ciecze wodorozcieńczalne

Ta grupa cieczy to roztwory różnych syntetycznych związków chemicznych. Choć bywa i tak, że są do nich dodawane oleje emulsyjne. Ciecze wodorozcieńczalne składają się głównie ze związków, których zadaniem jest zmniejszenie napięcia powierzchniowego wody oraz inhibitory korozji i środki zmniejszające tarcie. Co oznacza, że napięcie powierzchniowe wody się zmniejsza? Wówczas zdolność do zwilżania powierzchni przejmowania ciepła jest większa.

Ten rodzaj cieczy stosujemy przede wszystkim do szlifowania, ponieważ przy tym rodzaju obróbki istotne jest intensywne chłodzenie – ma to wypływ na jakość warstwy wierzchniej obrabianej powierzchni. Natomiast przy obróbce wiórowej ciecze wodorozcieńczalne są rzadko używane.

 

Zasady przy wyborze cieczy chłodzącej

Nie można zapominać też o tym, że chłodziwa zmniejszają także zużywanie się ostrza oraz narost i chropowatość powierzchni. Przyczyniają się do korzystnego stanu naprężeń w warstwie wierzchniej, a nawet do zmniejszania się siły skrawania. To zdecydowanie pozytywne aspekty stosowania cieczy do chłodzenia przy obróbce CNC, ale aby jeszcze lepiej wykorzystywać ich potencjał, dobrze jest pamiętać o kilku zasadach:

• stal szybkotnąca – używając narzędzi z takiego rodzaju stali stosujemy chłodzenie cieczą (w przewadze);
• węgliki spiekane – ostrza powinny być chłodzone, ale strumień cieczy musi być wówczas nieprzerwany. W przeciwnym wypadku zmiany temperatury mogą spowodować łamanie się ostrzy;
• ceramika narzędziowa – obrabiamy na sucho, ponieważ takie ostrza są wrażliwe na szok cieplny.
• Obróbka magnezu – występuje wysokie ryzyko zapłonu, dlatego obrabiamy na sucho lub przy użyciu olejów odwodnionych.
• Obróbka żeliwa – lepszym rozwiązaniem będzie obróbka na sucho. Jeśli jednak decydujemy się obrabiać na mokro przy użyciu CCS – trzeba się liczyć się z tym, że drobne wióry odpryskowe będą zanieczyszczały ciecz (zawierają grafit).

 

Jak dobrać odpowiednią ciecz do obróbki?

Jeśli chodzi o proste, niezłożone operacje obróbki skrawaniem – np. toczenie, gwintowanie, czy wiercenie, to dobranie chłodziwa nie jest trudne. Sytuacja nieco się komplikuje, gdy mamy do czynienia z operacjami wielkozabiegowymi – wtedy lepiej wybrać ciecze uniwersalne.

Warto też wiedzieć, że chłodziwa będące cieczami, podczas obróbki skrawaniem zmieniają swoje właściwości. Co to znaczy? Np. w wypadku cieczy emulsyjnych, stężenie podczas pracy rośnie (woda szybciej odparowuje niż olej) i powstają osady, w których mnożą się mikroorganizmy. Dlatego tak ważne jest, aby wymieniać chłodziwo we właściwym czasie i jego odpowiednią utylizację.

 

 

Jaka jest przyszłość chłodziw ciekłych?

Można dostrzec próby odchodzenia od chłodzenia za pomocą cieczy, z powodów ekonomicznych i ekologicznych. Faktycznie, koszty dobrej jakości chłodziw i ich utylizacji są spore, a higiena operatora też może zostać naruszona. Wciąż produkowane są coraz to nowsze rozwiązania – np. narzędzia z wewnętrznym doprowadzeniem cieczy pod ciśnieniem albo ciecze olejowe, które rozpylamy pod ciśnieniem w powietrzu. Często też narzędzia są wykonywane z wysokowydajnych materiałów, takich jak drobnoziarniste węgliki powlekane, ceramika czy materiały supertwarde.

Jednak wciąż silne są argumenty działające na korzyść stosowania cieszy przy obróbce skrawanie, m.in. zwiększenie trwałości ostrza, poprawa stanu powierzchni, czy wierzchniej warstwy detalu.

 

 

O zaletach chłodziwa syntetycznego pisaliśmy tutaj.