Основы смазочно-охлаждающих жидкостей в металлообработке

Что такое смазочно-охлаждающие жидкости

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) – это многофункциональные системы, которые в первую очередь используются для смазки и охлаждения инструментов и деталей в металлургии. Это помогает уменьшить износ инструментов и повысить точность обработанных изделий.

При обработке материалов СОЖ также выполняют дополнительные задачи: они очищают рабочую зону от абразивной пыли и стружки, защищают детали и инструменты от коррозии, а также создают более безопасные и удобные условия труда.

Также смазочно-охлаждающие жидкости (антифризы) применяются для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, радиоэлектронного оборудования, промышленных теплообменников и других систем, работающих при температурах ниже 0 °С.

Основные требования к антифризам включают низкую температуру замерзания, высокую теплоемкость и теплопроводность, небольшую вязкость при низких температурах, малую склонность к образованию пены и высокие температуры воспламенения.

Кроме того, антифризы должны быть неопасны для конструкционных материалов, из которых изготовлены элементы систем охлаждения.

Основные группы СОЖ в металлообработке

В зависимости от состава различают три основные группы СОЖ, используемых в металлообработке:

• Чистые минеральные масла и/или масла с добавками противоизноса и противозадирными присадками. К ним добавляются антикоррозионные, антиокислительные и антипенные добавки в количестве 5-50%.
• Водные эмульсии минеральных масел, которые готовятся на месте путем разбавления водой эмульсолов, содержащих 40-80% минерального масла и 20-60% эмульгаторов и других действующих веществ.
• Водные растворы поверхностно-активных веществ и низкомолекулярных полимеров, которые получают из концентратов с 40-60% активных веществ и 40-60% воды. Концентрация этих растворов зависит от условий применения и обычно составляет 2-10%.

Смазочно-охлаждающие жидкости получают смешиванием базового масла с разнообразными присадками. Они широко используются в процессе металлообработки, включая резание и обработку пластмасс.

В каждом конкретном случае выбор СОЖ зависит от типа и условий обработки, материалов и характеристик используемых инструментов, а также требований к качеству обработки и метода подачи жидкости.

Масляные СОЖ, благодаря своим высоким смазочным свойствам, широко применять в тяжелых режимах обработки (низкие скорости, большие глубины резания), в то время как водные СОЖ подходят для высокоскоростной обработки.

Эмульсолы и их состав

Эмульсолы – это составы на основе минеральных масел и поверхностно-активных веществ. При добавлении воды с образованием устойчивых коллоидных систем, содержащих водонерастворимые элементы в смешанном состоянии.

Эмульсолы чаще всего содержат 40-80% нефтяных масел и 10-30% мыл или мылоподобных SOA, которые становятся эмульгаторами. Также могут входить спирты, полиэтиленгликоли и различные присадки.

Эмульсолы различных марок производятся в виде концентратов, разбавление которых водою дает готовые смазочно-охлаждающие жидкости.

Антифризы: состав и применение

Основное сырье для антифризов – это моноэтиленгликоль. Выпускаются две его марки: волоконный и антифризный с высокими требованиями к содержанию примесей.

Антифризы состоят из следующих компонентов:

• Основной компонент
• Комплекс присадок

Основой антифриза является водно-гликолевая смесь, которая влияет на его способность не замерзать, теплопроводность, вязкость и воздействие на резину.

Наиболее популярны антифризы на основе этиленгликоля, однако его водные растворы могут быть агрессивны по отношению к материалам системы охлаждения. Поэтому в составе антифризов добавляются специальные присадки.

Эти присадки – сочетание ингибиторов коррозии, антивспенивающих и стабилизирующих компонентов, иногда с ароматизаторами. Чистый этиленгликоль – это вязкая жидкость с температурой кипения +196 °C и замерзания -12,3 °C.

Свойства воды как теплоносителя значительно лучше, чем у этиленгликоля. Однако использование растворов на основе гликоля помогает снизить точку замерзания, что и является основной целью применения антифризов.

Требования к автомобильным антифризам

Автомобильные антифризы – это специализированные охлаждающие жидкости для автомобильных систем охлаждения.

К автомобильным антифризам предъявляются следующие требования:

• Высокая теплоемкость и теплопроводность
• Низкая температура замерзания (безопасное функционирование автомобиля при любых отрицательных температурах)
• Высокая температура кипения (нормальная работа двигателя летом)
• Высокая температура воспламенения (обеспечивает безопасность использования)
• Небольшая вязкость, особенно при низких температурах (высокая затрудняет циркуляцию и ухудшает теплообмен)
• Низкая склонность к вспениванию (это критично для эффективного теплообмена и предотвращения перегрева)
• Инертность к резиновым компонентам и уплотнениям. Классификации, аналогичные API для моторных масел, пока еще не существуют.

Производство охлаждающих жидкостей

Процесс производства антифризов включает смешение основы, воды и комплекса присадок, а затем фасовку. В начале готовят концентрат из моноэтиленгликоля и необходимых присадок.

После производства концентрат проходит многоступенчатую очистку, затем разбавляется очищенной водой в строго определенной пропорции. После этого готовый антифриз фильтруется и разливается в полиэтиленовые канистры и ПЭТФ-бутылки, а также поступает в накопительные емкости для переработки в бочки и колеса.

Для получения качественной охлаждающей жидкости с заданными параметрами необходимо тщательно контролировать дозировку и качество смешивания компонентов.

Важным аспектом производства охлаждающих жидкостей является то, что для этого не требуется сложного оборудования, так как большее внимание необходимо уделить качеству используемых компонентов. Именно от исходного сырья зависит качество конечного продукта.

Развитие технологий в области охлаждающих жидкостей связано с созданием и улучшением присадок, которые уменьшают агрессивное воздействие водно-гликолевых смесей на охлаждающие системы. Традиционно для этого используются антикоррозионные добавки, но с развитием автохимии появляются новые вариации с органическими компонентами.