Przewodnik po stosowaniu płynów chłodząco-smarujących w obróbce CNC

W Obróbka CNCPrawidłowy dobór płynu chłodząco-smarującego ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wydajności, jakości i bezpieczeństwa operacji obróbki skrawaniem. Płyny chłodząco-smarujące, znane również jako "chłodziwo", "płyn do obróbki metali" lub "płyn obróbkowy", nie tylko smarują i chłodzą obszar cięcia, ale także pomagają usuwać wióry, zapobiegając przegrzaniu i zużyciu maszyn.

W tym artykule szczegółowo omówiono podstawowe klasyfikacje i właściwości chłodziwa, badając, jak wybrać najbardziej odpowiedni płyn chłodząco-smarujący w oparciu o różne rodzaje materiałów i operacje obróbki, aby zoptymalizować wydajność obróbki, wydłużyć żywotność narzędzia i zmniejszyć zużycie chłodziwa. koszty obróbki. Mamy nadzieję, że pomoże to pasjonatom obróbki CNC.

Podstawowe klasyfikacje cieczy chłodząco-smarujących

Główne płyny chłodząco-smarujące obejmują głównie następujące typy, a przed ich zastosowaniem należy zapoznać się z charakterystyką każdego z nich.

(1) Emulsja (płyn do cięcia na bazie wody)

Składa się głównie z wody, zemulgowanego oleju i różnych dodatków. Zalety tego chłodziwa obejmują niski koszt i dobrą wydajność chłodzenia, szczególnie odpowiednią do obróbki wymagającej znacznego rozpraszania ciepła. Ma jednak również wady, takie jak podatność na rozwój bakterii i wysoka korozyjność, co wymaga ścisłej kontroli i regularnej konserwacji podczas użytkowania.

(2) W pełni syntetyczny płyn

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) Płyn półsyntetyczny

Znajduje się pomiędzy emulsją a w pełni syntetycznym płynem, zawierając pewną proporcję bazy oleju naftowego i wody. Ten płyn chłodzący łączy w sobie efekt chłodzenia emulsji i smarowność w pełni syntetycznego płynu, próbując zrównoważyć obie zalety. Niemniej jednak musimy zwrócić uwagę na jego biostabilność i korozyjność. Może to mieć wpływ na jego zastosowanie w niektórych środowiskach obróbki.

(4) Prosty olej do cięcia (płyn do cięcia na bazie oleju)

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) Olej rozpuszczalny:

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.

Po dokładnym zrozumieniu właściwości różnych płynów obróbkowych, możemy wybrać odpowiedni płyn do obróbki metali dla różnych materiałów i operacji, aby zoptymalizować wydajność obróbki.

Odpowiednie płyny do cięcia różnych materiałów

Wybór odpowiedniego chłodziwa ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wydajnej i wysokiej jakości obróbki, ponieważ różne materiały wymagają różnych płynów chłodząco-smarujących.

(1) Metale lekkie, takie jak 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) Materiały trudne w obróbce, takie jak stal nierdzewna

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) Miedź i jej stopy

Należy stosować płyny do cięcia, które zapobiegają przebarwieniom powierzchni i korozji przedmiotu obrabianego. Miedź jest stosunkowo miękka i podatna na przywieranie podczas obróbki. Wybór chłodziwa o niskiej lub zerowej zawartości siarki może zapobiec powstawaniu czarnych plam i innych reakcji utleniania na obrabianej powierzchni, przy jednoczesnym zachowaniu oryginalnego koloru i połysku miedzi.

(4) Materiały ze stopu tytanu

Ze względu na wysoką wytrzymałość stopu tytanu i niską przewodność cieplną, zaleca się stosowanie płynów chłodząco-smarujących zaprojektowanych specjalnie dla stopów wysokotemperaturowych, zazwyczaj zawierających wydajne składniki smarujące i chłodzące. Odpowiednie chłodziwa zapewniają dobre smarowanie, redukują ciepło tarcia i skutecznie zapobiegają reakcjom chemicznym i adhezji, wydłużając żywotność narzędzia.

(5) Stopy wysokotemperaturowe, takie jak stopy na bazie niklu i kobaltu.

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.

Każdy materiał ma swoje unikalne właściwości fizyczne i chemiczne, a wybór najbardziej odpowiedniego chłodziwa może zwiększyć wydajność i jakość obróbki, jednocześnie maksymalizując żywotność maszyn i narzędzi.

Odpowiednie płyny do cięcia dla różnych operacji

Różne rodzaje obróbki skrawaniem mają również specyficzne wymagania dotyczące doboru płynów do obróbki metali, obejmujące chłodzenie, smarowanie, usuwanie wiórów i aspekty antykorozyjne.

(1) Operacje obracania

Często wiąże się to z ciągłym usuwaniem materiału, co wymaga płynów obróbkowych o dobrych właściwościach chłodzących i smarujących w celu ochrony narzędzi i obrabianych przedmiotów. Podczas toczenia stali lub twardych stopów, wybór płynów obróbkowych na bazie oleju z dodatkami do ekstremalnych ciśnień może zapewnić dodatkowe smarowanie, zmniejszając wytwarzanie ciepła i zużycie. W przypadku aluminium lub innych metali nieżelaznych nacisk kładziony jest na zdolność chłodzenia cieczy chłodząco-smarującej, aby zapobiec przywieraniu materiału do narzędzia.

(2) Operacje frezowania

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) Operacje wiertnicze

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) Operacje szlifowania

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.

Podsumowując, wybór odpowiedniego chłodziwa nie tylko poprawia wydajność i jakość obróbki, ale także wydłuża żywotność maszyn i narzędzi. Zapewnia to bezpieczeństwo pracy i maksymalizację korzyści ekonomicznych.

Środki ostrożności dotyczące używania płynów do cięcia

Wybierając płyny do cięcia, należy kompleksowo rozważyć ich wydajność, bezpieczeństwo i wpływ na środowisko, aby zmaksymalizować opłacalność.

(1) Ochrona środowiska

Coraz większy nacisk kładzie się na ochronę środowiska, co sprawia, że przyjazne dla środowiska płyny do cięcia stają się ważnym tematem. Przyjazne dla środowiska płyny chłodząco-smarujące wykonane są głównie z materiałów biodegradowalnych, co zmniejsza zanieczyszczenie środowiska. Ponadto, te płyny do cięcia zazwyczaj nie zawierają szkodliwych substancji chemicznych, co zmniejsza trudności i koszty utylizacji zużytych płynów. Korzystanie z przyjaznych dla środowiska płynów do cięcia pomaga firmom w przestrzeganiu coraz bardziej rygorystycznych przepisów dotyczących ochrony środowiska i poprawia ich ekologiczny wizerunek marki.

(2) Bezpieczeństwo

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) Gospodarka

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.

Podsumowanie

Niniejszy artykuł kompleksowo omawia rodzaje chłodziw i kryteria ich wyboru dla różnych materiałów i operacji obróbki skrawaniem. Od emulsji po w pełni syntetyczne płyny, każdy płyn chłodząco-smarujący ma swoje unikalne zalety i scenariusze zastosowania, zapewniając optymalne chłodzenie, smarowanie i działanie antykorozyjne dla określonych materiałów i potrzeb obróbki, jednocześnie koncentrując się na względach środowiskowych, bezpieczeństwa i ekonomicznych.

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.

Odniesienie

[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