Эмульсия СОЖ

Эмульсия смазочно-охлаждающей жидкости – это одно из смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), которые необходимы для повышения производительности использования станков и оборудования, точности и качества деталей при лезвийной металлообработке.

Основное назначение эмульсии СОЖ, как и многих других технологических жидкостей – это снижение силы трения, отвод тепла по линии соприкосновения поверхности заготовки и режущей кромки инструмента, удаление продуктов обработки, увеличение износостойкости инструмента.

Что такое эмульсия СОЖ

Эмульсия – это дисперсная система, состоящая из мельчайших частиц жидкости, распределенных в воде. Эмульсии принадлежат к группе водных СОЖ, и нужными для технологических процессов являются прямые эмульсии, которые имеют название «масло в воде». 

Нарушение протокола смешивания ведет к вероятному получению инвертной эмульсии, которая не будет обладать необходимыми для технологических процессов обработки металла свойствами и представляет собой систему «вода в масле».

Как получают рабочую эмульсию 

Водосмешиваемые СОЖ поставляются потребителю компанией-изготовителем в концентрированном виде. Для приготовления эмульсии необходимо взять концентрат соответствующей СОЖ и подготовленную для получения эмульсии воду. 

При смешивании концентрированной СОЖ и воды можно получить эмульсии разной концентрации, в зависимости от требований конкретного технологического процесса. Этим, в том числе, можно объяснить универсальность составов, поставляемых на рынок изготовителями. 

Эмульсию готовят из маслосодержащих водосмешиваемых СОЖ. Это эмульсолы и полусинтетические концентраты СОЖ. 

• Эмульсолы

Концентраты, в состав которых входят нафтеновые и парафиновые масла. Содержание этих минеральных масел доходит до 85%. При соединении с водой получаются грубодисперсные, с частицами 1-50 мкм, жидкости молочного цвета. Такие эмульсии обладают хорошей смазывающей функцией при уверенных охлаждающих свойствах. 

• Полусинтетические

Такой концентрат имеет в составе меньше минерального масла по сравнению с эмульсолами, до 50%. При соединении с водой получаются стабильные коллоидные эмульсии. Такие эмульсии имеют в равной степени охлаждающие и смазывающие свойства.

Источник изображения: oYOo / www.shutterstock.com/ru

Как приготовить эмульсию СОЖ правильно

Основное правило, которое требует неукоснительного соблюдения для получения прямой, то есть рабочей эмульсии.

Концентрат вливают в воду, а не наоборот, непрерывно перемешивая получившуюся эмульсию.

Если нарушить эту последовательность то получим инвертную, то есть обратную эмульсию, с образованием желеобразных сгустков. Такая эмульсия не обладает необходимыми рабочими свойствами и не может быть использована в технологическом процессе обработки.

Порядок действий приготовления эмульсии СОЖ

Сначала определите необходимую концентрацию эмульсии. Это можно сделать согласно рекомендации производителя СОЖ и в соответствии с инструкцией по обслуживанию станка, на котором планируется применять эмульсию. 

Так, например, для приготовления 5% эмульсии пропорция для смешивания будет 1/20. Любую необходимую концентрацию можно рассчитать по формуле: Mк = (K x Mв)/(100-K).

В этой формуле: Mк - масса концентрированной СОЖ (кг), К - нужная концентрация эмульсии (%), Мв – масса воды (кг).

Порядок приготовления следующий:

• Подогрейте воду до 20-40С

• Наберите воду в чистую емкость 

• Малыми дозами вливайте концентрат, обеспечив непрерывное помешивание

• Перемешивайте приготовленную эмульсию еще 10-15 минут

• Определите получившуюся концентрацию рефрактометром

• Если в результате приготовления не удалось добиться необходимой концентрации, то для уменьшить значение концентрации в уже полученной эмульсии нужно разбавить ее путем добавления эмульсии низкой, (не более 0,5%) концентрации.

Качество используемой воды

Вода является основным компонентом в составе эмульсии, поэтому от качества применяемой воды зависят характеристики получаемой рабочей СОЖ.

Требования к воде в России для приготовления эмульсий СОЖ установлены в ГОСТ 6709-72. В этом стандарте рекомендована для использования дистиллированная вода. Для предприятия не всегда экономически целесообразно использование именно дистиллированной воды. 

В этом случае требуется откорректировать основные характеристики воды водопроводной или из природных источников. Вода с откорректированными показателями обеспечит нужные свойства рабочей эмульсии и продлит ее срок службы до полной замены. 

• Соли жесткости

Мягкая вода способна усилить пенообразование, а жесткая вода имеет в составе вещества, которые реагируют на присутствие эмульгаторов, делая эмульсию нестабильной. Приемлемый уровень жесткости 2-10 мг экв/л. Для выравнивания жесткости воды используют комплексные соединения. Обычно это этилендиаминтетраацетат натрия.

• Уровень pH

Для большинства составов СОЖ оптимальной будет вода с показателем pH 9-10. У водопроводной воды практически не бывает такого уровня pH. Для выравнивания этого показателя применяют химические реагенты, картриджные фильтры, методы аэрации и ионного обмена. Применение того или иного способа обуславливается экономической целесообразностью. 

• Проводимость воды

Определяется наличием в воде электролитов. Присутствие в воде большого количества солей металлов негативно влияет на стабильность эмульсии, что резко сокращает ее срок службы. Уменьшить действие электролитов можно добавив в раствор дистиллированную воду.

• Степень биозаражения

Природная вода содержит микроорганизмы. Для того чтобы избежать биозаражения уже на стадии смешивания, воду нужно обеззаразить термическим способом и ввести в состав антибактериальные добавки.

• Механическое загрязнение 

Неочищенная вода может содержать механические, абразивные примеси, ржавчину и другое загрязнение. Перед использованием воду надо очистить с помощью фильтра или системы фильтров.

Состав и свойства эмульсии 

Эмульсионные СОЖ помимо масла и воды имеют в составе:

• Эмульгаторы, необходимые для равномерного распределения масла в воде и стабилизации диспергированных частиц 

• Вещества-связки обеспечивающие совместимость масла с эмульгаторами

• Антикоррозийные добавки, которые защищают оборудование и оснастку от появления ржавчины

• Бактерициды, биоциды, фунгициды препятствующие биозаражению эмульсии

• Антифрикционные и антизадирные присадки повышающие смазочные характеристики эмульсии

• Противопенные присадки, предотвращающие вспенивание рабочей жидкости

Основными рабочими свойствами эмульсий СОЖ считаются их охлаждающие и смазывающие свойства, а также способность вымывать стружку из рабочей зоны. 

Концентрация эмульсии должна оставаться величиной постоянной в допустимых пределах для обеспечения ее антикоррозионных свойств. Также требуется контроль присутствия в эмульсии механических примесей и продуктов вызывающих биопоражение жидкости. 

А также необходимо контролировать и поддерживать качество воды, используемой для приготовления эмульсии СОЖ. 

Компания "Эффективный Элемент" производит широкую линейку СОЖ с превосходными характеристиками.

Один из их продуктов, EFELE CF-621, это полусинтетическая жидкость, идеально подходящая для разных видов металлообработки. Эта жидкость сочетает в себе синтетические компоненты и минеральные масла (до 20%).

Она особенно эффективна для резки и шлифовки стали, чугуна, а также алюминиевых сплавов. Для достижения оптимальных результатов рекомендуется использовать ее в концентрации 5-10%, с водой жесткостью от 100 до 350 ppm.

EFELE CF-621 выделяется своими выдающимися свойствами: отличные смазывающие качества, защита от коррозии, превосходное качество обработки поверхностей, особенно алюминия, устойчивость к биологическим поражениям и отсутствие вредных химикатов, таких как формальдегид или хлор. Эти особенности делают ее идеальным выбором для современной металлообработки.

Применение и способы подачи

Применение эмульсий обусловлено их техническими характеристиками. Они незаменимы в тех технологических процессах, где требуется активный отвод тепла. 

Полученные из эмульсолов с высоким содержанием масла эмульсии имеют и хорошие смазочные свойства. Все эмульсии имеют высокую моющую характеристику, являются пожаробезопасными, обеспечивают умеренную защиту от коррозии. 

Эффективность применения эмульсий СОЖ увеличивается при обеспечении следующих условий эксплуатации:

• Подача эмульсии точно в место обработки

• Использование распыления эмульсии

• Повышение скорости прохождения эмульсией рабочей зоны

• Ускорение отвода стружки и посторонних частиц из рабочей зоны

Вышеперечисленные условия можно обеспечить выбором соответствующего варианта подачи эмульсии.

Варианты подачи эмульсии

Наиболее распространены при металлообработке следующие варианты и способы подачи эмульсии:

• в режиме свободного полива,

• напорной струей под давлением,

• распыленной струей,

• через технологические отверстия в инструменте.

Режим свободного полива используется чаще других. В этом варианте доставки эмульсии струя вытекает из сопла с щелевидным или круглым отверстием под действием силы тяжести и обильно проливает рабочую зону. Скорость подачи СОЖ в этом случае составляет около 1м/с.

При подаче жидкости напорной струей давление обеспечивается в пределах 0,1-2,5 МПа, а скорость ее достигает 40-60 м/с.

При подаче эмульсии под давлением обеспечивается лучший отвод тепла, но метод требует установки на станке дополнительного оборудования. 

При подаче распыленной струей эмульсия поступает в виде аэрозолей. Этот метод применяют в случаях, когда невозможно направить струю эмульсии в нужную зону методом полива, или когда метод свободного полива неэкономичен. 

Способ подачи СОЖ под давлением через каналы в теле инструмента широко применяется при сверлении отверстий. Такой способ обеспечивает надежный и точный подвод эмульсии в рабочую зону, эффективно удаляет стружку и увеличивает срок службы инструмента. Применение этого способа ограничено технологическими особенностями инструмента и оснастки. 

Источник изображения: patruflo / www.shutterstock.com/ru

Утилизация эмульсии СОЖ

В процессе эксплуатации эмульсии СОЖ, при мониторинге ее характеристик, возможно поддерживать ее концентрацию и состав в соответствии с требованиями технологического процесса. Но со временем, когда рабочие характеристики эмульсии восстановить уже не удается, ее признают отработанной и убирают из системы полностью.

Отработанные эмульсии, как и все другие СОЖ должны быть утилизированы в установленном законом порядке. 

Нарушение условий хранения отработки, отказ предприятия от утилизации приводит к долговременному загрязнению почвы и воды. 

Предприятия, использующие СОЖ должны вести учет объемов используемых СОЖ и отчитываться в Роспотребнадзоре об объемах отработанной жидкости. Надзорные органы уделяют повышенное внимание срокам и методам утилизации промышленных отходов и, при выявлении таких нарушений, налагают на предприятие большие штрафы. 

При небольших объемах производства экономически невыгодно создавать собственные участки по утилизации отработки. Можно обратиться в специализированные компании, которые используют безопасные технологии и имеют обученный персонал.