Guida all'uso dei fluidi da taglio nella lavorazione CNC

In Lavorazione CNCLa scelta corretta di un fluido da taglio è fondamentale per garantire l'efficienza, la qualità e la sicurezza delle operazioni di lavorazione. I fluidi da taglio, noti anche come "refrigeranti", "fluidi per la lavorazione dei metalli" o "fluidi per la lavorazione", non solo lubrificano e raffreddano l'area di taglio, ma contribuiscono anche a rimuovere i trucioli, evitando il surriscaldamento e l'usura dei macchinari.

Questo articolo illustra le classificazioni e le caratteristiche di base del refrigerante, analizzando come scegliere il fluido da taglio più adatto in base ai diversi tipi di materiale e alle operazioni di lavorazione per ottimizzare le prestazioni di lavorazione, prolungare la durata dell'utensile e ridurre le emissioni di CO2. costi di lavorazione. Ci auguriamo che questo possa aiutare gli appassionati della lavorazione CNC.

Classificazioni di base dei fluidi da taglio

I principali fluidi da taglio comprendono principalmente i seguenti tipi, di cui è essenziale comprendere le caratteristiche prima dell'applicazione.

(1) Emulsione (fluido da taglio a base d'acqua)

Composto principalmente da acqua, olio emulsionato e vari additivi. I vantaggi di questo refrigerante sono il basso costo e le buone prestazioni di raffreddamento, particolarmente adatte alle operazioni di lavorazione che richiedono una notevole dissipazione del calore. Tuttavia, presenta anche degli svantaggi, come la tendenza alla proliferazione batterica e l'elevata corrosività, che richiedono un controllo rigoroso e una manutenzione regolare durante l'uso.

(2) Fluido completamente sintetico

Cutting fluid without petroleum oil base, primarily composed of various chemical additives. Its main advantages include excellent cooling (often classified under industry standards like ASTM D2881 ^[1]) and lubrication performance and resistance to bacterial growth, making it very popular in applications requiring highly clean machining environments. However, fully synthetic fluids are relatively expensive, and some chemical components may be corrosive to the machine.

(3) Fluido semisintetico

Posizionato tra l'emulsione e il fluido completamente sintetico, contiene una certa proporzione di base di olio di petrolio e acqua. Questo refrigerante combina l'effetto refrigerante dell'emulsione e la lubrificazione del fluido completamente sintetico, cercando di bilanciare entrambi i vantaggi. Tuttavia, dobbiamo prestare attenzione alla sua biostabilità e corrosività. Ciò può influire sulla sua applicabilità in alcuni ambienti di lavorazione.

(4) Olio da taglio dritto (fluido da taglio a base di olio)

Mainly made from mineral oil or vegetable oil and is completely water-free, thus providing superior lubricity and preventing workpiece corrosion and rust. This makes it particularly suitable for machining operations requiring high lubrication. However, the heat capacity of straight-cutting oil is relatively low, and its cooling effect is not as good as water-based cutting fluids, which may be a limitation in high-speed or high-temperature machining.

(5) Olio solubile:

This is the concentrated oil-based precursor that forms the emulsions discussed in category (1). It typically contains a high mineral oil content (often 50-80%), providing superior lubricity for heavy-duty machining needs. However, the use of soluble oil requires strict control of the dilution ratio and water quality to prevent corrosion and bacterial growth, ensuring the safety and efficiency of the machining process.

Dopo aver compreso chiaramente le caratteristiche dei diversi fluidi per la lavorazione, possiamo selezionare il fluido per la lavorazione dei metalli più adatto ai diversi materiali e alle diverse operazioni per ottimizzare le prestazioni di lavorazione.

Fluidi da taglio adatti a diversi materiali

La scelta del refrigerante giusto è fondamentale per garantire una lavorazione efficiente e di alta qualità, poiché materiali diversi richiedono fluidi da taglio diversi.

(1) Metalli leggeri come l'alluminio

Due to its soft, gummy nature and tendency to adhere to the cutting tool (causing Built-Up Edge), we recommend using a water-based cutting fluid with high cooling capacity and low viscosity. This machining fluid effectively prevents chip buildup on the tool, reducing friction during machining, preventing overheating, and ensuring a smooth surface finish.

(2) Materiali difficili da lavorare, come l'acciaio inossidabile.

Because stainless steel’s high strength and toughness can cause severe tool wear, utilizing metalworking fluids with extreme pressure (EP) additives is crucial. These additives form a protective film on the contact surface between the tool and the workpiece, reducing wear and welding, and improving cutting efficiency.

(3) Rame e sue leghe

È necessario utilizzare fluidi da taglio che impediscano lo scolorimento della superficie e la corrosione del pezzo. Il rame è relativamente morbido e soggetto ad aderire durante la lavorazione. La scelta di refrigeranti a basso o nullo contenuto di zolfo può evitare macchie nere e altre reazioni di ossidazione sulla superficie di lavorazione, mantenendo il colore e la lucentezza originali del rame.

(4) Materiali in lega di titanio

A causa dell'elevata resistenza e della bassa conducibilità termica della lega di titanio, si raccomanda l'uso di fluidi da taglio specificamente progettati per le leghe ad alta temperatura, in genere contenenti efficienti componenti di lubrificazione e raffreddamento. I refrigeranti adatti forniscono una buona lubrificazione, riducono il calore di attrito e prevengono efficacemente le reazioni chimiche e l'adesione, prolungando la durata dell'utensile.

(5) Leghe per alte temperature, come le leghe a base di nichel e cobalto.

These materials generate a lot of heat during cutting due to their heat resistance and high hardness. When machining these materials, it is highly recommended to use extreme pressure cutting fluids formulated with inactive sulfur or phosphorus compounds, which form a protective film under high temperatures, reducing friction and wear. Additionally, excellent cooling performance is required, often necessitating High-Pressure Coolant (HPC) systems operating at 70 to 100 bar ^[2] to overcome the thermal vapor barrier.

Ogni materiale ha proprietà fisiche e chimiche uniche e la scelta del refrigerante più adatto può migliorare l'efficienza e la qualità della lavorazione, massimizzando la durata di macchine e utensili.

Fluidi da taglio adatti per diverse operazioni

I diversi tipi di lavorazione hanno anche requisiti specifici per la selezione dei fluidi per la lavorazione dei metalli, che riguardano il raffreddamento, la lubrificazione, la rimozione dei trucioli e gli aspetti anticorrosione.

(1) Operazioni di tornitura

Spesso comporta un'asportazione continua di materiale e richiede fluidi da taglio con buone prestazioni di raffreddamento e lubrificazione per proteggere utensili e pezzi. Nella tornitura dell'acciaio o delle leghe dure, la scelta di fluidi da lavorazione a base di olio con additivi per pressioni estreme può fornire una lubrificazione aggiuntiva, riducendo la generazione di calore e l'usura. Per l'alluminio o altri metalli non ferrosi, l'accento è posto sulla capacità di raffreddamento del fluido da taglio per evitare l'adesione del materiale all'utensile.

(2) Operazioni di fresatura

Involves more complex tool paths and multi-point cutting, requiring cutting fluids to provide excellent cooling and chip removal performance. When machining hard-to-machine materials such as stainless steel or high-temperature alloys, high-performance fully synthetic, or semi-synthetic cutting fluids can effectively reduce tool wear and severe thermal distortion of the workpiece. They maintain low temperatures in the cutting area, improving machining accuracy.

(3) Operazioni di perforazione

Deep hole drilling requires machining fluids to penetrate the hole bottom to provide lubrication and cooling. Efficient cutting fluids help quickly remove chips, prevent clogging and overheating, and avoid damage to the hole wall and dimensional inaccuracies. For deep hole drilling, using low-viscosity and high-cooling water-based cutting fluids is especially suitable because these fluids can easily penetrate small holes and narrow spaces.

(4) Operazioni di rettifica

Generates significant heat, requiring cutting fluids with excellent cooling performance to prevent workpiece overheating and thermal damage. Water-based cutting fluids are usually preferred because they can quickly absorb and conduct heat, maintaining low temperatures in the grinding area. Additionally, high detergency (flushing capability) is strictly necessary to wash away microscopic swarf, prevent grinding wheel loading, and improve surface finish quality.

In sintesi, la scelta del refrigerante appropriato non solo migliora l'efficienza e la qualità della lavorazione, ma prolunga anche la durata di vita di macchine e utensili. Ciò garantisce la sicurezza operativa e la massimizzazione dei vantaggi economici.

Precauzioni per l'uso dei liquidi da taglio

Quando si scelgono i fluidi da taglio, è necessario considerare in modo completo le loro prestazioni, la sicurezza e l'impatto ambientale per massimizzare l'efficacia dei costi.

(1) Protezione dell'ambiente

La tutela dell'ambiente è sempre più importante e ciò rende i fluidi da taglio ecocompatibili un tema importante. I fluidi da taglio ecologici sono realizzati principalmente con materiali biodegradabili, riducendo l'inquinamento ambientale. Inoltre, questi fluidi da taglio di solito non contengono sostanze chimiche nocive, riducendo la difficoltà e il costo del trattamento dei fluidi di scarto. L'uso di fluidi da taglio ecologici aiuta le aziende a rispettare le normative ambientali sempre più severe e migliora l'immagine verde del marchio.

(2) Sicurezza

Safety is an indispensable factor in the work environment, especially when cutting fluids are involved. Traditional cutting fluids may contain harmful chemicals such as sulfates, chlorine, and heavy metals, which can cause skin irritation, respiratory problems, and more serious health issues. Therefore, choosing low-toxicity or non-toxic cutting fluids and maintaining airborne mist concentrations strictly below the NIOSH limit of 0.4 mg/m³ ^[3] is key to protecting operator health, reducing health risks, and providing a safer working environment for operators.

(3) Economia

From an economic perspective, choosing the right cutting fluid is crucial for controlling production costs. Environmentally friendly and high-performance machining fluids may have higher initial purchase costs. But, in the long run, they can significantly lower overall operational costs by reducing tool wear, improving machine efficiency, and lowering waste disposal fees. Additionally, using high-quality metalworking fluids can extend equipment life, reduce production interruptions, and further optimize production costs.

Sintesi

Questo articolo illustra in modo esaustivo i tipi di refrigeranti e i loro criteri di selezione per diversi materiali e operazioni di lavorazione. Dalle emulsioni ai fluidi completamente sintetici, ogni fluido da taglio presenta vantaggi unici e scenari applicabili, fornendo effetti ottimali di raffreddamento, lubrificazione e anticorrosione per materiali specifici ed esigenze di lavorazione, tenendo conto anche di considerazioni ambientali, di sicurezza ed economiche.

Through precise selection and application of suitable cutting fluids, facilities providing custom CNC machining services can improve machining efficiency and product quality, ensure a safe operating environment, and optimize production costs, achieving efficient, economical, and sustainable production.

Riferimento

[1] ASTM International. (2019). ASTM D2881-19 Standard Classification for Metalworking Fluids and Related Materials. https://doi.org/10.1520/D2881-19

[2] Raykar, S. J., & D’Addona, D. M. (2019). Thermal Modeling of Tool Temperature Distribution during High Pressure Coolant Assisted Turning of Inconel 718. Materials, 12(3), 408. https://doi.org/10.3390/ma12030408

[3] National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). (1998). Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Metalworking Fluids. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). https://stacks.cdc.gov/view/cdc/5175