SREDSTVA ZA HLAĐENJE I PODMAZIVANJE

U OBRADI METALA

Prema ISO standardu izvršena je podela na dve kategorije:

● ISO–L–MH – neemulgirajuća ulja za obradu metala (čista rezna ulja)

● ISO–L–MA – emulzioni i u vodi rastvorljivi fluidi za obradu metala

Čista rezna ulja se koriste kod onih operacija koje prvenstveno zahtevaju podmazivanje dok se emulzioni i u vodi rastvorljivi fluidi koriste kod onih operacija koje prvenstveno zahtevaju hlađenje.

Glavne fizičko – hemijske karakteristike koje se zahtevaju od čistih reznih ulja su: viskoznost, tačka paljenja u otvorenoj i zatvorenoj posudi, tačka stinjavanja, saponifikacioni broj, ukupan sadržaj sumpora, korozija bakarne trake, sadržaj hlora, penušanje, ekstremni pritisak (EP), antihabajuća svojstva, zaštita od rđe, pojava uljne magle, kompatibilnost sa bojama i sintetičkim materijalima.

Glavne fizičko – hemijske karakteristike koje se zahtevaju od vodorastvorljivih i emulzionih fluida za obradu metala su: zaštita od korozije, penušanje, stabilnost emulzije, kompatibilnost sa metalima i uljima za podmazivanje, bojama i zaptivkama, pH vrednost sveže i korišćene mešavine, ekstremni pritisak (EP), antihabajuća svojstva, saponifikacioni broj, tendencija gumiranja i lepljenja.

Klasifikacija sredstava za obradu metala

Neemulgirajuća ulja za obradu metala - čista rezna ulja

Od neemulgirajućih ulja za obradu metala se zahteva izuzetno dobro podmazivanje, podnošenje visokih pritisaka kao i besprekoran izgled obrađene površine. Neemulgirajuća rezna ulja za obradu metala dele se prema korozivnom delovanju na bakar na: neaktivna i aktivna

Neaktivna rezna ulja se proizvode na bazi rafinata mineralnih ulja i to u više gradacija. Sadrže pored inhibitora oksidacije i korozije odgovarajuće aditive u neaktivnoj formi na bazi sumpora, fosfora i hlora, koji ne utiču korozivno na obojene metale i njihove legure. Ova ulja se mogu, po preporuci proizvođača alatnih mašina, koristiti za podmazivanje same mašine i za punjenje hidrauličnih sistema iste mašine. Zbog toga su dobila naziv – tronamenska ulja.

Aktivna rezna ulja se proizvode na bazi rafinata mineralnih ulja takođe u više gradacija. Primenjuju se pri obradi čelika i njegovih legura, gde zbog svoje izrazite aktivnosti daju dobre rezultate. Pored inhibitora oksidacije i korozije sadrže odgovarajuće aditive na bazi sumpora, fosfora i hlora u aktivnoj formi koji hemijski reaguju već na nižim temperaturama i nepovoljno utiču na obojene metale.

Emulziona i u vodi rastvorna sredstva za obradu metala

Vodorastvorna sredstva za hlađenje i podmazivanje su po pravilu komplikovanija po sastavu od neemulzionih ulja za obradu metala, zbog toga što prisustvo vode donosi dodatne probleme kao što su: stabilnost emulzija, ponašanje na koroziju, dejstvo mikroorganizama itd. Emulziona i u vodi rastvorna sredstva se koriste pri obradi metala gde je u odnosu na podmazivanje, primarno hlađenje i ispiranje strugotine. Klasifikacija se može izvršiti prema predlogu Udruženja nemačkih potrošača industrijskih maziva (VKIS).

Osnovna podela je izvršena prema sadržaju mineralnog ulja, odnosno sintetitičkih komponenata na sledeći način:

• proizvodi sa više od 60% mineralnog ulja,
• proizvodi sa manje od 60% mineralnog ulja,
• proizvodi na osnovu sintetičkih sirovina (bez mineralnog ulja) i
• proizvodi na osnovu rastvorljivih anorganskih i organskih soli i alkohola (bez mineralnog ulja)

Proizvodi sa više od 60% mineralnog ulja daju prilikom mešanja sa vodom emulzije mlečno bele boje (poznata pod nazivom “bohr ulja” – ulja za bušenje). Uz mineralno ulje ona sadrže emulgatore, baktericide, a mogu da sadrže i EP aditive. Njihove osobine u velikoj meri zavise od sastava vode, a koriste se u koncentracijama od 3 do 10%.

Proizvodi sa manje od 60% mineralnog ulja u primeni se najčešće nazivaju polusintetičke tečnosti, a razlikuju se od prve grupe po manjem sadržaju mineralnog ulja (najčešće 30-60%) i većem sadržaju emulgatora. Emulgatori su obično sintetičke osnove, pa su zbog toga dobili naziv polusintetički proizvodi. Kako su emulgatori najčešće dobra podloga i hrana za razvoj mikroorganizma, razvijeni su biostabilni sintetički emulgatori koji onemogućavaju razvoj mikroorganizama. Na taj način razvijeni su polusintetički biostabilni proizvodi stabilni na mikrobiološku razgradnju, što omogućuje dugotrajnu upotrebu bez potrebe za dodatkom baktericida. Mogu im se dodati i EP aditivi pri čemu imaju mogućnost da se koriste za teške operacije obrade. Transparentnog su izgleda. Najčešće se koriste u koncentracijama 3 do 5%.

Proizvodi na osnovu sintetičkih sirovina ne sadrže mineralno ulje. To su organska i anorganska hemijska jedinjenja, sa dodatim aditivima za sniženje površinskog napona vode, inhibitora korozije, po potrebi i EP aditiva. Transparentnog su izgleda i imaju veoma dugotrajnu upotrebu. Imaju čitav niz prednosti  u pogledu povećanja efekta hlađenja i podmazivanja tako da je kvalitet obrađene površine visok.

Proizvodi na osnovu organskih i anorganskih soli koriste se uglavnom u procesima obrade brušenjem, kod kojih mazive karakteristike nisu od bitnog značaja. Oni zadovoljavaju zahteve hlađenja, ispiranja i antikorozivne zaštite. To su transparentni vodeni rastvori koji mogu da sadrže najčešće i polarne aditive.

Preporuke za izbor sredstava za hlađenje i podmazivanje

Prilikom izbora sredstava za hlađenje i podmazivanje treba potražiti optimalni izbor uzimajući u obzir sve potrebne faktore kao što su: vrste i oblik alata, stanje alata koji se koristi, stanja alatne mašine, specifične uslove režima obrade (brzina rezanja, dubina rezanja, presek strugotine, kvalitet obrađene površine) itd.

Čista ulja za rezanje se uglavnom koriste u proizvodnim operacijama gde je primarno podmazivanje, odnosno u kojima se proces rezanja izvodi sa relativno malim brzinama rezanja uz pojavu velikih otpora rezanja.

Uljne emulzije se koriste u proizvodnim operacijama gde je primarno hlađenje, odnosno u kojima se proces rezanja izvodi velikim brzinama rezanja uz pojavu relativno malih otpora rezanja.

Sintetički rastvori predstavljaju alternativu uljnim emulzijama, a zbog svojih izuzetnih svojstava nalaze sve veću primenu u svim vrstama obrade.

Globalno se mogu dati sledeće preporuke:

Kod obrade struganjem, najveći deo nastale toplote se odnosi preko strugotine, a da bi se smanjilo trenje mora se obezbediti dobro podmazivanje. Zato se kod ove vrste obrade najčešće koriste emulziona i vodorastvorna sredstva sa poboljšanim osobinama podmazivanja.

Obrada na automatskim strugovima, zbog opasnosti mešanja SHP sa drugim uljima (hidraulično, klizne staze) uslovljava upotrebu čistih neaktivnih ulja za rezanje koja se koriste višenamenski – kao SHP i za opšte podmazivanje mašine.

Obrada glodanjem za lake radne uslove zahteva polusintetička emulziona i sintetička vodorastvorna sredstva sa većim sadržajem EP aditiva, dok se za teže uslove rada (odvalno glodanje) koristi čisto ulje za rezanje sa velikim sadržajem EP aditiva.

Kod obrade bušenjem se pojavljuje problem otežanog iznošenja strugotine što uslovljava pojavu većih pritisaka i trenja, a s tim i velika količina toplote. Zbog boljeg odvođenja toplote i boljeg ispiranja strugotine, kod ove obrade se koriste uljne emulzije i polusintetička sredstva, čija koncentracija zavisi od vrste materijala predmeta obrade.

Duboko bušenje predstavlja najsloženiji oblik bušenja i zbog niza specifičnosti kod ove obrade, zahteva se specijalno ulje za duboko bušenje, koje je niskog viskoziteta, dobrih podmazujućih svojstava i velike sposobnosti ispiranja strugotine.

Operacija ozubljenja predstavlja veoma tešku i skupu obradu, a obavlja se rotacionim alatima. Za ovu obradu preporučuju se ulja za rezanje sa dodatim EP aditivima.

Rezanje navoja zahteva upotrebu SHP sa odličnim sposobnostima spiranja strugotine i aditivima koji sprečavaju pojavu naslage na sečivu alata. Za ovu operaciju koriste se polusintetička sredstva ili laka rezna ulja obogaćena EP aditivima.

Kod operacije brijanja zupčanika obrada se vrši veoma skupim alatima, čiji vek mora biti što duži, a strugotina je u obliku prašine, pa se iz tih razloga preporučuje ulje za rezanje veoma niskog viskoziteta sa dodatim EP aditivima.

Kod obrade provlačenjem su karakteristične male brzine i dubine rezanja i veoma visoki pritisci na kontaktnim površinama. Visoka temperatura strugotine može izazvati pojavu naslaga na sečivu alata i umanjiti kvalitet obrađene površine. Zbog toga se kod ovih operacija koriste specijalna ulja sa velikim sadržajem EP aditiva.

Kod obrade testerisanjem pojavljuje se velika količina strugotine što uslovljava korišćenje SHP-a sa dobrim svojstvima ispiranja i hlađenja. Za ovu operaciju se koristi polusintetičko sredstvo male koncentracije.

Obrada brušenjem, kao završna obrada, zahteva izuzetnu preciznost mera i visok kvalitet obrađene površine. Da bi se zadovoljilo efikasno hlađenje, ispiranje strugotine i zrna abraziva, dobro kvašenje, i dobra antikorozivna svojstva za ovu vrstu obrade se koriste sintetički rastvori.

Za operacije profilnog i unutrašnjeg brušenja koriste se najčešće specijalna čista ulja za profilno brušenje, niske viskoznosti.

Sredstva za obradu metala deformisanjem

Obrada metala plastičnim deformisanjem spada u područje obrade bez skidanja strugotine. Geometrijski oblik proizvoda se dobija zapreminskim deformisanjem, što uslovljava potrebu stvaranja veoma velikih sila da bi nastali potrebni naponi u materijalu. Obrada metala deformisanjem podrazumeva: duboko izvlačenje, izvlačenje žice, savijanje, kovanje u kalupu i istiskivanje. Maziva za obradu plastičnim deformisanjem pored primarnog svojstva podmazivanja moraju imati i niz drugih osobina kao što su:

·            različita moć zamašćenja i podnošenja trenja,

·            prianjanje,

·            antikorozivno dejstvo,

·            lako odstranjivanje i pranje i

·            rashladno svojstvo

Izbor mazivog sredstva za obradu plastičnim deformisanjem osim osnovnih karakteristika samih maziva zavisi od: težine operacija, prirode i karakteristike materijala za obradu, tipova mašina i alata i brzine rada.

Duboko izvlačenje

Duboko izvlačenje je proces obrade metala deformisanjem, koji se izvodi u jednoj ili više operacija u cilju dobijanja obratka različitog oblika sa zatvorenim dnom iz polufabrikata u obliku ravne ploče. Veoma je široko područje primene dubokog izvlačenja: u automobilskoj industriji (karoserije, rezervoari, hladnjaci, delovi točka), u industriji proizvoda za domaćinstvo (delovi mašine za pranje rublja, štednjaka, frižidera, kade za kupanje) itd. Podmazivanje u procesu dubokog izvlačenja ima značajnu ulogu:

·           smanjuje otpore kontaktnog trenja razdvajanjem kontaktnih površina predmeta obrade i alata,

·           smanjuje habanje radnih površina alata i

·           poboljšava kvalitet obrađene površine

Pri izboru optimalnog maziva mora se voditi računa i o sledećim činiocima: način nanošenja i uklanjanja maziva, usaglašenost sa postojećom opremom za odmašćivanje, zadržavanje maziva u alatu, veličina otpresaka, korodi-ranje za vreme skladištenja, zagađivanje sredine i sl.

Često se problemi koji se javljaju prilikom dubokog izvlačenja u smislu naprslina, nabora, ogrebotina ili netačnosti dimenzija pripisuju neadekvatnom mazivu ili podmazivanju. Izbor maziva i zone nanošenja mogu dovesti do ovih problema, međutim ne sme se zapostaviti uticaj geometrije alata, osobine materijala, mašine i triboloških uslova (brzina klizanja i kontaktni uslovi).

Izvlačenje žice

Toplo valjana žica, prečnika preko 9 mm predstavlja sirovinu za proces izvlačenja žice. Područje izvlačenja žice obuhvata dobijanje prečnika od 0,001 do 9 mm, hladnom deformacijom. Redukcija ulaznog prečnika žice u jednom alatu može biti samo do određene veličine deformacije, koja je određena graničnom obradivošću materijala. Na osnovu toga razlikuje se jednostepeno ili što je najčešće - višestepeno izvlačenje. Višestepeno izvlačenje se izvodi na višestepenim mašinama, pri čemu broj faza može biti i do 15, a ukupna deformacija pri višestepenom izvlačenju može biti i do 95 %. Na osnovu toga može se zaključiti značaj hlađenja i podmazivanja u procesu izvlačenja žice.

Savijanje

Savijanje kao deo obrade deformisanjem, koristi se za oblikovanje različitih delova iz lima, žice ili nekog šipkastog materijala. Deformacija se vrši uglavnom u zoni savijanja, gde čestice metala menjaju međusobna rastojanja. Savijanje se koristi u pojedinačnoj proizvodnji na univerzalnim mašinama, a u serijskoj i masovnoj proizvodnji na specijalnim automatskim mašinama. U ovom procesu se uglavnom koristi hladna plastična deformacija pomoću specijalnih alata za savijanje. Da bi se smanjilo habanje alata i lepljenje materijala na alat i da bi se dobila bolja obrada preporučuje se upotreba specijalnog ulja za savijanje. Ulje se proizvodi od rafinisanih baznih ulja parafinske osnove, biljnih ulja i agenasa na bazi sumpora i fosfora. Biljno ulje poboljšava prianjanje za metalne površine i mazivost, a aditivi na bazi sumpora i fosfora, funkciju podmazivanja i zaštitu od habanja preuzimaju na višim radnim temperaturama i pritiscima.

Polutoplo oblikovanje

Obrada metala deformisanjem uslovljava potrebu stvaranja veoma velikih sila da bi nastali potrebni naponi u materijalu. U cilju smanjenja tih sila i povećanja plastičnosti nekad je potrebno prethodno zagrejati predmet koji se obrađuje. Ta metoda obrade deformisa-njem, naziva se topla deformacija, a izvodi se isključivo radi smanjenja deformacionog otpora i povećanja plastičnih svojstava metala. Za čelik se smatra da se obrađuje toplom deformacijom na temperaturama iznad 700⁰C. Na tim temperaturama istovremeno sa procesom deformacije odvija se i proces rekristalizacije.

Ako se obrada deformisanjem vrši u temperaturnom intervalu od 450⁰C do početka rekristalizacije, reč je o polutoploj deformaciji.

Mazivo sredstvo se nanosi prskanjem na alat, a ima zadatak da sprečava prenos toplote sa komada na alat, da hladi alat, da smanji lepljenje obratka za alat i njegovo lako odvajanje od alata. Prilikom nanošenja maziva mora se voditi računa da se ne upotrebi previše premaza, zbog tačnosti dimenzija dela koji se obrađuje.

Mazivo sredstvo treba da zadovolji sledeće uslove:

·          da obezbedi ravnomerni sloj između površina alata i predmeta obrade,

·         da ne sme biti korozivno prema materijalu predmeta obrade i alata,

·          da poseduje dovoljnu termičku stabilnost i

·          da bude bezopasno po zdravlje radnika

ULJA ZA TERMIČKU OBRADU METALA

Ulje za termičku obradu mora zadovoljiti osnovne zahteve:

• da odnosi toplotu sa radnog komada dovoljnom brzinom,
• da u nižem temperaturnom opsegu hladi sporije, da bi se sprečila iskrivljenja i pojave prskotina,
• da nije korozivno,
• da je termički stabilno itd.

Kaljenje čelika

Termička obrada kaljenjem podrazumeva naglo hlađenje užarenog kaljivog čelika u cilju promene njegovih fizičkih osobina, kao što su: tvrdoća, čvrstoća, žilavost, plastičnost.

Međutim, kod ekstremno naglog hlađenja postoji verovatnoća oštećenja komada u vidu deformacije ili naprslina, pa se iz tog razloga mora odabrati optimalna brzina hlađenja. Ta brzina hlađenja se naziva i kritičnom brzinom hlađenja, a zavisi od hemijskog sastava čelika. Ako je brzina hlađenja previše mala, neće doći do željene tvrdoće, a ako je previše velika najverovatnije će doći do deformacija i pojave prskotina. Optimalnu brzinu hlađenja obezbeđuje sredstvo u kome se metal hladi.

Hlađenje karakterišu tri faze:

• stepen parnog zaštitnog sloja - počinje kada deo koji se kali dotakne ulje, pri čemu se stvara zaštitni sloj od pare
• faza ključanja – u ovoj fazi hlađenje je najbrže. Zaštitni sloj nestaje, fluid vlaži površinu metala i dolazi do snažnog ključanja – toliko snažnog da se skidaju ljuspe
• kontaktna faza - počinje po prestanku ključanja. Hlađenje je u ovoj fazi najsporije i odvija se pomoću prenošenja i odvođenja toplote

Opasnost od unutrašnjih napona najveća je u trećoj fazi hlađenja. Hlađenjem u ulju usporava se hlađenje u trećoj fazi i otpušta se unutrašnji napon. Cirkulacija ili mešanje ulja povećava brzinu hlađenja na dva načina: razbija sloj vodene pare koji se stvorio u prvoj fazi hlađenja, i obezbeđuje svežu rashladnu tečnost oko komada. Dobra cirkulacija odvodi mehuriće gasa i obezbeđuje ravnomerno kaljenje. Temperatura u kadi za kaljenje je takođe veoma bitna. Pokazalo se da najbolje performanse kaljenja daje uljno kupatilo sa temperaturom od 50⁰C do 60⁰C. Temperatura kupatila ne sme prelaziti temperaturu 100⁰C, a za 1kg čelika koji se kali potrebno je najmanje 7 litara ulja za kaljenje.

Termička obrada otpuštanjem

Kaljeni čelik je krt, pun unutrašnjih napona koji mogu da izazovu iskrivljenje radnog komada i pojavu naprslina. Da bi se umanjili ili potpuno eliminisali unutrašnji naponi i krtost, potrebno je primeniti operaciju otpuštanja (temperovanja). Otpuštanje mora uslediti odmah nakon kaljenja - čim je moguć dodir prstima. Ako se kaljeni čelik potpuno ohladi i ostavi da stoji nakon kaljenja, obično se povećava rizik od naprslina. To se naročito odnosi na čelike koji sadrže više od 0,3 % ugljenika. Otpuštanje podrazumeva zagrevanje kaljenog komada do temperature 105 – 700 ⁰C (npr. za ugljenični čelik 180 ⁰C), zadržavanje na toj temperaturi nekoliko časova i hlađenje na mirnom vazduhu ili zajedno sa uljem. Zagrevanje se može vršiti u pećima sa cirkulacijom vazduha ili u uljnim i sonim kupatilima. Ulje mora biti postojano na termičko razlaganje, oksidaciju, zamuljivanje i koksovanje. Temperatura paljenja ulja mora biti bar 25 ⁰C iznad temperature otpuštanja.