Почему пенится СОЖ в станке: причины, жесткость воды и решение

Стабильность обработки металлов резанием зависит от состояния СОЖ. При этом операторы часто выясняют, почему пенится СОЖ в резервуаре станка. В результате нарушается гидродинамический баланс циркуляционного контура. Кроме того, происходит химическая дестабилизация рабочей эмульсии. Пена существенно снижает охлаждение инструмента. В свою очередь, возникают переливы жидкости через край бака. Наряду с этим появляется кавитационный износ подающих насосов.

Появление стойкой пены ухудшает смазывание в зоне резания. В результате снижается чистота обработанной поверхности деталей. Кроме того, растет термический износ режущих кромок. Насыщенная воздухом эмульсия хуже осаждает шлам. В итоге фильтрующие элементы быстро засоряются. При этом раствор разбрызгивается по рабочей зоне станка. Поэтому своевременная диагностика причин вспенивания является важной задачей.

Почему пенится СОЖ: коллоидная природа эмульсий и механизм образования пены

Водосмешиваемые СОЖ представляют собой многокомпонентные коллоидные системы. Капли масла в них распределены в воде с помощью ПАВ. Молекулы эмульгаторов имеют дифильное строение. При этом гидрофобная часть обращена к маслу. В свою очередь, гидрофильная часть направлена к воде.

При интенсивном перемешивании жидкость захватывает атмосферный воздух. В результате молекулы ПАВ ориентируются на границе фаз. Они снижают поверхностное натяжение водной среды. Таким образом, вокруг воздушных пузырьков образуется прочная адсорбционная пленка.

Если адсорбционный слой прочен, пузырьки не лопаются на поверхности. В итоге они накапливаются в виде объемной пены. Скорость ее разрушения зависит от природы эмульгаторов. Кроме того, влияют вязкость среды и минерализация воды.

Влияние ионного состава и чрезмерной мягкости воды

Ионный состав воды напрямую определяет склонность эмульсии к пене. Например, мягкая вода содержит мало катионов кальция и магния.

В мягкой воде поверхностно-активные вещества находятся в активном состоянии. В результате эмульгаторы легко создают прочные оболочки пузырьков. Это происходит даже при умеренном движении потока.

Напротив, соли жесткости связывают молекулы ПАВ в кальциевые мыла. Такие соединения естественным образом гасят пену. Поэтому применение деминерализованной воды без минерализации вызывает бурное пенообразование.

Завышенная концентрация эмульсии и ошибки при разведении

Концентрация рабочего раствора СОЖ в баке постоянно меняется. В процессе резания вода интенсивно испаряется от нагрева. При этом масляная основа остается в объеме бака.

Если персонал доливает стандартную эмульсию, концентрация СОЖ растет. В результате в баке накапливается избыток свободных молекул ПАВ. Это неизбежно провоцирует обильную пену.

Кроме того, опасны ошибки при первичном смешивании. Например, недопустимо заливать воду в концентрат. В таком случае формируются нестабильные мицеллы с высокой склонностью к пене.

Высокое давление подачи через инструмент (High Pressure Coolant)

Современная металлообработка использует подачу СОЖ под давлением от 20 до 70 бар. Поток подается через шпиндель и каналы инструмента.

Струя жидкости выходит из сопел с высокой скоростью. При этом поток дробится на микрокапли. При ударе о заготовку жидкость активно захватывает воздух.

В таких условиях стандартные СОЖ моментально вспениваются. Поэтому для систем High Pressure Coolant требуются специальные концентраты. Они содержат низкопенные эмульгаторы с ускоренной деаэрацией.

Подсос атмосферного воздуха и кавитационные явления в насосе

Интенсивное пенообразование нередко носит механический характер. Главной причиной выступает негерметичность всасывающего тракта насосной станции.

Если уровень эмульсии падает, на всасывании образуется воронка. Через нее насос засасывает воздух. Кроме того, воздух проникает через неплотные фланцы и сальники.

Внутри колеса насоса воздух перемешивается с жидкостью. В результате образуется тонкодисперсная смесь. При попадании в бак она всплывает в виде стойкой пены. Устранить ее можно только герметизацией магистрали.

Загрязнение посторонними смазочными материалами (Tramp Oil)

В процессе работы станка в бак СОЖ попадают направляющие и гидравлические масла. Такие примеси называют Tramp Oil.

Посторонние масла содержат собственные пакеты присадок. Они вступают в реакцию с эмульгаторами СОЖ. В результате нарушается коллоидный баланс и возникает обильная пена.

Кроме того, масляная пленка перекрывает доступ кислорода. Это создает условия для развития анаэробных бактерий. Продукты их жизнедеятельности усиливают пену. Поэтому для очистки бака применяют скиммеры и сепараторы.

Влияние геометрии резервуаров и скорости циркуляции

Конструкция бака станка прямо влияет на скорость гашения пены. Малый объем резервуара приводит к частой циркуляции раствора.

Если время нахождения жидкости в баке менее 10–15 минут, пузырьки не успевают всплыть. В итоге насос повторно захватывает не отстоявшуюся эмульсию.

Кроме того, струя слива не должна падать с большой высоты. Падение потока вызывает вторичный захват воздуха. Установка перегородок и деаэрационных сеток снижает образование пены.

Температурный фактор и кинетика дренажа пенных пленок

Температура циркулирующей жидкости также влияет на устойчивость пены. При нагреве эмульсии вязкость водной и масляной фаз снижается.

В результате ускоряется стекание жидкости со стенок пузырьков. Это ускоряет естественное схлопывание пены. Однако чрезмерный нагрев разрушает биоцидные добавки и эмульгаторы.

Поэтому на станках поддерживают стабильный температурный режим. Для этой цели применяют пластинчатые теплообменники и чиллеры.

Микробиологическая деструкция эмульсии и биогенная пена

В процессе работы в эмульсии развиваются колонии бактерий и грибов. Микроорганизмы питаются эмульгаторами и органическими ингибиторами коррозии.

В ходе метаболизма микробы выделяют газы и биогенные вещества. В результате меняется поверхностное натяжение раствора. Эмульсия теряет антипенные свойства и начинает интенсивно пениться.

Для контроля биопоражения регулярно замеряют pH. При этом своевременный ввод биоцидных присадок восстанавливает стабильность эмульсии.

Несовместимость при доливе концентратов других производителей

Смешивание концентратов СОЖ разных марок в одном баке недопустимо. Каждый состав имеет уникальную систему эмульгаторов и ингибиторов.

При их смешивании компоненты могут вступить в реакцию нейтрализации. В результате разрушаются мицеллы, а свободные кислоты всплывают наверх. Разрушенная эмульсия мгновенно вспенивается при циркуляции.

Поэтому переход на новый продукт требует полной откачки старой СОЖ. Затем бак очищают, промывают системным очистителем и заливают свежий раствор.

Пошаговый алгоритм цеховой диагностики причин вспенивания

Для быстрого поиска причин пены технический персонал выполняет диагностику:

**Визуальный осмотр бака и замер уровня:** проверяют отсутствие воронки над фильтром насоса и контролируют уровень СОЖ;
**Проверка герметичности всасывания:** осматривают хомуты, фланцы, уплотнения насоса и шланги на предмет подсоса воздуха;
**Измерение концентрации рефрактометром:** определяют концентрацию с учетом поправочного коэффициента из TDS;
**Контроль жесткости воды:** с помощью тест-полосок замеряют жесткость воды для долива;
**Оценка чистоты поверхности:** проверяют наличие слоя постороннего масла в баке.

Последовательный контроль параметров позволяет устранить проблему без лишних затрат.

Регламент и ограничения применения пеногасителей (дефоамеров)

Пеногасители представляют собой концентраты на основе силиконов или полиэфиров. Они проникают в пленку пузырька и вызывают быстрое разрушение пены.

Однако дефоамеры допустимо применять только как временную меру. Дозировка должна строго соответствовать паспорту TDS производителя.

Избыток силикона опасен для технологического процесса. Силиконы оседают на деталях и мешают их окраске или фосфатированию. Кроме того, избыток пеногасителя забивает фильтры тонкой очистки.

Профилактика стабильности пенных характеристик

Основой безаварийной работы выступает регулярная профилактика. Контроль жесткости воды исключает риски вспенивания из-за излишней мягкости.

При этом автоматические смесители поддерживают точную концентрацию раствора. Постоянная работа скиммеров защищает эмульсию от посторонних масел.

Для подбора высокотехнологичных водосмешиваемых СОЖ с низким пенообразованием предприятия обращаются к специалистам ГК БРиКС. В официальном сайте ГК БРиКС представлены продукты, адаптированные для тяжелых режимов резания.

Сводная таблица причин пенообразования и методов их устранения

Таблица позволяет сервисной службе быстро выбрать корректирующее воздействие. Для получения технической помощи доступен раздел контактов.

FAQ

Почему свежеприготовленная СОЖ сильно пенится в первые часы работы?

Свежая эмульсия содержит высокую концентрацию активных свободных ПАВ. Они еще не связаны ионами солей технологической воды. Кроме того, в первый день в жидкости растворено много воздуха. Он постепенно выходит при циркуляции.

Можно ли устранить пену постоянным добавлением силиконового пеногасителя?

Постоянное добавление пеногасителя категорически не рекомендуется. Избыток силикона нарушает стабильность эмульсии и оседает на фильтрах. Кроме того, силикон оставляет следы на деталях, мешая окраске.

Как влияет постороннее направляющее масло на вспенивание СОЖ?

Постороннее масло содержит чужеродные присадки и эмульгаторы. Они вступают в конфликт с базовым пакетом СОЖ. В результате нарушается размер мицелл и возникает обильная пена.

Источники

Инженерный запрос

Нужен разбор проблемы с СОЖ?

Укажите материал, операцию, текущую СОЖ или проблему. Поможем с подбором, документами, ценой, пеной, коррозией и концентрацией.

Получить ответ по задаче

Маршрут по теме

Почему пенится СОЖ: причины пенообразования и что делать