В процессах обработки на станках с ЧПУ важна стабильность параметров СОЖ. Это главное условие высокой стойкости инструмента. Однако неправильный долив сож в станок концентрация эмульсии при котором не контролируется, ухудшает весь процесс. Большинство операторов доливают свежий раствор той же рабочей концентрации. Однако такой подход является ошибочным. Согласно стандартам ISO 6743-7 и DIN 51385, расход технологической жидкости складывается из механического уноса и термического испарения воды. В зоне резания испаряется только вода. При этом масляный концентрат и присадки остаются в баке станка. В итоге концентрация раствора растет. Это вызывает обильное пенообразование, налеты и перерасход концентрата. Ниже мы разберем физику испарения и риски гиперконцентрации. Также мы опишем регламент компенсации потерь.
Физика расхода смазочно-охлаждающей жидкости: унос против испарения
Для понимания процессов в баке станка необходимо разделить потери СОЖ на две принципиально разные составляющие.
Сначала первая составляющая представляет собой механический унос эмульсии. В процессе обработки эмульсия уносится наружу со стружкой и деталями. Кроме того, часть уходит через вытяжную вентиляцию. При механическом уносе из бака удаляется готовая эмульсия. При этом соотношение воды и концентрата полностью сохраняется.
Затем вторая составляющая представляет собой термическое испарение воды. В зоне резания температура вспышки достигает сотен градусов. Это вызывает мгновенное закипание жидкости. Вода обладает колоссальной удельной теплоемкостью и высокой скрытой теплотой парообразования. Именно кипение и испарение водной фазы обеспечивают эффективное охлаждение зоны резания.
Кроме того, масляный концентрат, эмульгаторы и присадки не испаряются. Они остаются в баке при рабочих температурах. В результате в баке станка непрерывно накапливается масляная фаза. Если оператор доливает эмульсию номинальной рабочей концентрации, жирность в баке быстро растет.
Чем опасна гиперконцентрация эмульсии для станка и персонала
Например, операторам часто кажется, что жирная эмульсия лучше смазывает инструмент. Однако это опасное заблуждение. Однако перенасыщение раствора концентратом порождает целый комплекс деструктивных проблем:
- **Лавинообразное пенообразование:** избыток поверхностно-активных веществ (эмульгаторов) вызывает образование стойкой пены в баке станка. Пена засасывается насосом высокого давления. В результате возникает кавитация и срыв подачи жидкости.
- **Ухудшение охлаждающей способности:** чистая вода отводит тепло значительно эффективнее масла. При росте концентрации масляной фазы теплоемкость раствора падает. Поэтому инструмент сильнее нагревается и быстрее изнашивается.
- **Образование липких смолистых отложений:** избыток концентрата оседает на оптических линейках и направляющих. Это приводит к заклиниванию узлов. В итоге это приводит к заклиниванию инструментальных магазинов и поломке датчиков привязки.
- **Появление едкого дыма и масляного тумана:** перегрев жирной эмульсии вызывает возгонку масла. В результате в цехе образуется плотный дым.
- **Санитарно-гигиенические риски по нормам OSHA:** избыток аминов и биоцидов разрушает кожу операторов. Это нарушает защитный барьер. В результате возрастает риск профессионального контактного дерматита и аллергий по стандартам OSHA.
- **Прямые финансовые потери:** необоснованный перерасход дорогостоящего концентрата СОЖ увеличивает себестоимость каждой обработанной детали.
Экономический расчет затрат на СОЖ представлен в нашей статье Стоимость СОЖ на одну деталь.
Почему категорически нельзя доливать чистую воду напрямую в бак
Столкнувшись с ростом концентрации, операторы часто совершают другую грубую ошибку. Они наливают в бак чистую воду из шланга. Следовательно, такой способ разбавления наносит эмульсии колоссальный вред.
По стандарту ГОСТ 6243-75 стабильность эмульсии обеспечивается равномерным распределением мицелл масла в водной фазе. При вливании чистой воды в работающий бак происходят следующие деструктивные процессы: — **Эмульсионный шок:** локальное резкое изменение соотношения фаз разрушает защитные оболочки мицелл, вызывая расслоение эмульсии и всплытие свободного масла на поверхность. — **Инверсия фаз:** в зоне контакта чистой воды с неперемешанной жирной эмульсией образуются комки нерастворимого геля, забивающие сетки насосов и сопла подачи. — **Вспышка бактериального заражения:** резкое разбавление биоцидного пакета чистой водой стимулирует бурное развитие анаэробных бактерий и грибов. — **Коррозия направляющих станка:** локальные зоны с чистой водой не содержат ингибиторов коррозии, что вызывает появление ржавчины на станине станка по стандарту ASTM D4627.
Таким образом, долив чистой воды напрямую в бак разрушает химический баланс СОЖ. О методах борьбы с бактериями читайте в материале Бактерии и грибы в СОЖ: чем опасны.
Сравнительная таблица методов долива и их последствий
В таблице ниже наглядно сопоставлены различные методы пополнения уровня СОЖ в баке металлорежущего станка:
| Способ пополнения уровня | Влияние на концентрацию раствора | Стабильность эмульсии | Риски для станка и персонала | |—|—|—|—| | **Долив номинальной рабочей концентрации** | Постоянный рост жирности раствора | Умеренная стабильность эмульсии | Пенообразование, липкий налет, дерматит | | **Долив чистой воды напрямую в бак** | Резкое неконтролируемое падение | Разрушение эмульсии и расслоение | Коррозия станины и бактериальная вспышка | | **Долив эмульсии пониженной концентрации** | Идеальная стабилизация концентрации | Максимальная гомогенность раствора | Отсутствие пены, чистый станок и инструмент |
Практический регламент долива: методика Lean Make-Up
Поэтому для стабилизации концентрации технологическая служба должна применять методику Lean Make-Up.
В итоге алгоритм безопасного обслуживания бака включает следующие обязательные шаги:
- **Ежедневный замер оптическим рефрактометром:** перед началом смены оператор измеряет концентрацию в баке. При этом учитывают коэффициент преломления концентрата.
- **Расчет требуемой концентрации долива:** при повышенной концентрации в баке для долива готовят раствор пониженной жирности. Концентрация доливочной эмульсии должна быть существенно ниже рабочей. Это необходимо для компенсации испарившейся воды.
- **Использование автоматических смесителей:** раствор готовят через смесители Вентури или дозаторы Dosatron. Это гарантирует качество эмульсии. Смеситель обеспечивает тонкодисперсное перемешивание концентрата с водой под давлением.
- **Контроль параметров воды:** для приготовления раствора используют умягченную воду. Это исключает накопление солей кальция и магния.
- **Ведение журнала мониторинга:** показатели концентрации, pH и объем долива ежедневно заносят в журнал учета СОЖ.
Инструкция по замене СОЖ подробно описана в статье Замена СОЖ: инструкция.
Кроме того, при организации долива особое внимание уделяют сепарации посторонних масел. Масла гидравлических систем и направляющих станка неизбежно попадают в бак СОЖ. Они образуют плотную пленку на поверхности эмульсии, перекрывая доступ кислорода. В результате в баке развиваются анаэробные бактерии. Поэтому своевременная работа дисковых или ленточных скиммеров защищает эмульсию от протухания.
Также важным фактором является контроль общей жесткости технологической воды. При постоянном испарении воды в баке накапливаются минеральные соли кальция и магния. Это повышает общую жесткость. Если жесткость воды превышает допустимые нормы, соли вступают в реакцию с эмульгаторами. В итоге на стенках бака выпадает нерастворимый кальциевый осадок, а стабильность эмульсии резко снижается.
Кроме того, регулярный контроль кислотности эмульсии защищает станок от коррозии. Если уровень pH опускается ниже нормы, смазочно-охлаждающая жидкость теряет защитные свойства. В результате на деталях появляется ржавчина. Поэтому при каждом доливе проверяют показатель pH цифровым прибором.
Также своевременное удаление металлического шлама снижает нагрузку на эмульгаторы. Мелкая стружка задерживает на себе частицы масла. В итоге тонкая фильтрация сохраняет гомогенность раствора и продлевает жизнь СОЖ.
Данные для предметного разбора ГК БРиКС
Если на вашем производстве пенится эмульсия или растет расход концентрата, технологи ГК БРиКС проведут аудит СОЖ.
Для предметного разбора предоставьте следующие исходные параметры: — модели и количество металлообрабатывающих станков с ЧПУ, объем индивидуальных и централизованных баков; — наименование и марка применяемого концентрата СОЖ, паспортный коэффициент рефрактометра; — обрабатываемые материалы (стали, чугуны, алюминиевые и титановые сплавы) и виды операций; — фактические рабочие концентрации и текущий способ приготовления эмульсии; — параметры используемой технологической воды (общая жесткость, электропроводность, содержание хлоридов); — установленная периодичность контроля и долива жидкости в баки.
Наши специалисты рассчитают карты доливочных концентраций и подберут оборудование. Это обеспечит стабильную работу станков.
Частые вопросы
### Почему концентрация СОЖ в баке растет, если в станок ничего лишнего не добавляли? В зоне резания от высоких температур непрерывно испаряется только вода. Масляная основа и присадки остаются в баке. Это приводит к естественному росту концентрации эмульсии.
### Какую концентрацию эмульсии нужно использовать для регулярного долива? Для долива используют эмульсию пониженной концентрации. Ее готовят через смеситель в два-три раза слабее рабочей. Это позволяет восстановить объем и вернуть рабочую концентрацию к норме.
### Можно ли доливать концентрат СОЖ прямо в бак станка, если раствор слишком слабый? Вливать чистый концентрат напрямую в бак запрещено. Неразбавленный концентрат оседает на дне и не может правильно сэмульгировать. Для повышения концентрации доливают свежий раствор повышенной жирности, приготовленный через смеситель.
### Как часто нужно проверять концентрацию эмульсии рефрактометром? При интенсивной обработке замер рефрактометром выполняют ежедневно перед началом смены.
### Что такое коэффициент рефрактометра и почему его обязательно учитывать? Каждый концентрат СОЖ имеет индивидуальный коэффициент преломления света. Реальная концентрация эмульсии равна показанию шкалы прибора, умноженному на этот паспортный коэффициент.
Нужен разбор проблемы с СОЖ?
Укажите материал, операцию, текущую СОЖ или проблему. Поможем с подбором, документами, ценой, пеной, коррозией и концентрацией.
