Gids voor het gebruik van snijvloeistoffen bij CNC-verspaning

In CNC-bewerkingDe juiste keuze van een snijvloeistof is van cruciaal belang om de efficiëntie, kwaliteit en veiligheid van verspanende bewerkingen te garanderen. Snijvloeistoffen, ook bekend als "koelvloeistof", "metaalbewerkingsvloeistof" of "bewerkingsvloeistof", smeren en koelen niet alleen het snijgedeelte, maar helpen ook spanen te verwijderen, waardoor oververhitting en slijtage van de machine voorkomen worden.

In dit artikel worden de basisclassificaties en eigenschappen van koelvloeistof beschreven en wordt uitgelegd hoe de meest geschikte snijvloeistof kan worden gekozen op basis van verschillende materiaalsoorten en bewerkingen om de bewerkingsprestaties te optimaliseren, de levensduur van het gereedschap te verlengen en de kosten te verlagen. bewerkingskosten. We hopen dat dit degenen helpt die gepassioneerd zijn over CNC-verspaning.

Basisclassificaties van snijvloeistoffen

Gangbare snijvloeistoffen omvatten voornamelijk de volgende types, en het is essentieel om de eigenschappen van elk type te begrijpen voordat je het toepast.

(1) Emulsie (snijvloeistof op waterbasis)

Bestaat voornamelijk uit water, geëmulgeerde olie en verschillende additieven. De voordelen van deze koelvloeistof zijn lage kosten en goede koelprestaties, vooral geschikt voor machinale bewerkingen waarbij veel warmte moet worden afgevoerd. Het heeft echter ook nadelen, zoals bacteriegroei en een hoge corrosiviteit, waardoor strenge controle en regelmatig onderhoud tijdens het gebruik nodig zijn.

(2) Volledig synthetische vloeistof

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) Halfsynthetische vloeistof

Bevindt zich tussen emulsie en volsynthetische vloeistof, met een bepaalde verhouding van petroleumolie en water. Deze koelvloeistof combineert het koelende effect van emulsie en de smering van volsynthetische vloeistof en probeert beide voordelen in balans te brengen. Toch moeten we aandacht besteden aan de biostabiliteit en corrosiviteit. Dit kan de toepasbaarheid in bepaalde bewerkingsomgevingen beïnvloeden.

(4) Enkelvoudige snijolie (snijvloeistof op oliebasis)

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) Oplosbare olie:

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.

Na een goed begrip van de eigenschappen van verschillende bewerkingsvloeistoffen kunnen we de juiste metaalbewerkingsvloeistof selecteren voor verschillende materialen en bewerkingen om de bewerkingsprestaties te optimaliseren.

Geschikte snijvloeistoffen voor verschillende materialen

Het kiezen van het juiste koelmiddel is cruciaal voor een efficiënte en hoogwaardige bewerking, omdat verschillende materialen verschillende snijvloeistoffen vereisen.

(1) Lichte metalen zoals aluminium

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) Moeilijk te bewerken materialen zoals roestvrij staal

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) Koper en zijn legeringen

Er moeten snijvloeistoffen worden gebruikt die oppervlakteverkleuring en corrosie van het werkstuk voorkomen. Koper is relatief zacht en gevoelig voor aanhechting tijdens het bewerken. Door koelvloeistoffen te kiezen met een laag of geen zwavelgehalte kunnen zwarte vlekken en andere oxidatiereacties op het bewerkingsoppervlak worden voorkomen, terwijl de oorspronkelijke kleur en glans van koper behouden blijven.

(4) Materialen met titaniumlegering

Vanwege de hoge sterkte en lage thermische geleidbaarheid van titaniumlegeringen wordt het aanbevolen om snijvloeistoffen te gebruiken die speciaal zijn ontworpen voor legeringen met hoge temperaturen, die meestal efficiënte smeer- en koelcomponenten bevatten. Geschikte koelvloeistoffen zorgen voor een goede smering, verminderen wrijvingswarmte en voorkomen effectief chemische reacties en hechting, waardoor de levensduur van het gereedschap wordt verlengd.

(5) Hoge-temperatuurlegeringen zoals nikkel- en kobaltlegeringen

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.

Elk materiaal heeft zijn eigen unieke fysische en chemische eigenschappen en de keuze van het meest geschikte koelmiddel kan de bewerkingsefficiëntie en -kwaliteit verbeteren en tegelijkertijd de levensduur van machines en gereedschappen maximaliseren.

Geschikte snijvloeistoffen voor verschillende bewerkingen

Verschillende soorten bewerkingen stellen ook specifieke eisen aan de keuze van metaalbewerkingsvloeistoffen, zoals koeling, smering, spaanafvoer en corrosiewering.

(1) Draaien

Vaak gaat het om continue materiaalverwijdering, waarbij snijvloeistoffen met goede koel- en smeerprestaties nodig zijn om gereedschap en werkstuk te beschermen. Bij het draaien van staal of harde legeringen kunnen bewerkingsvloeistoffen op oliebasis met extremedrukadditieven voor extra smering zorgen, waardoor warmteontwikkeling en slijtage worden verminderd. Voor aluminium of andere non-ferrometalen ligt de nadruk op de koelcapaciteit van de snijvloeistof om materiaalaanhechting aan het gereedschap te voorkomen.

(2) Freesbewerkingen

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) Boorwerkzaamheden

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) Slijpbewerkingen

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.

Samengevat verbetert de keuze van het juiste koelmiddel niet alleen de bewerkingsefficiëntie en -kwaliteit, maar verlengt het ook de levensduur van machines en gereedschappen. Dit zorgt voor operationele veiligheid en maximale economische voordelen.

Voorzorgsmaatregelen voor het gebruik van snijvloeistoffen

Bij het kiezen van snijvloeistoffen is het noodzakelijk om hun prestaties, veiligheid en milieu-impact uitgebreid te overwegen om de kosteneffectiviteit te maximaliseren.

(1) Milieubescherming

Er wordt steeds meer nadruk gelegd op milieubescherming, waardoor milieuvriendelijke snijvloeistoffen een belangrijk onderwerp worden. Milieuvriendelijke snijvloeistoffen worden voornamelijk gemaakt van biologisch afbreekbare materialen, waardoor het milieu minder wordt belast. Bovendien bevatten deze snijvloeistoffen meestal geen schadelijke chemicaliën, waardoor de behandeling van afvalvloeistoffen minder moeilijk en duur is. Het gebruik van milieuvriendelijke snijvloeistoffen helpt bedrijven om te voldoen aan de steeds strengere milieuvoorschriften en versterkt hun groene merkimago.

(2) Veiligheid

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) Economie

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.

Samenvatting

Dit artikel bespreekt uitgebreid de soorten koelvloeistoffen en hun selectiecriteria voor verschillende materialen en bewerkingen. Van emulsies tot volledig synthetische vloeistoffen, elke snijvloeistof heeft zijn eigen unieke voordelen en toepassingsscenario's en biedt optimale koeling, smering en anticorrosie-effecten voor specifieke materialen en bewerkingsbehoeften, terwijl ook rekening wordt gehouden met milieu-, veiligheids- en economische overwegingen.

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.

Referentie

[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