СОЖ для станков с ЧПУ: виды, подача, концентрация по рефрактометру, pH и обслуживание бака

Что делает СОЖ и когда она не нужна

По OSHA, у смазочно-охлаждающей жидкости две главные задачи — охлаждать и смазывать. Кроме того, она уносит стружку из зоны резания и защищает деталь и станок от коррозии.

Лить её всегда не обязательно. Sandvik Coromant рекомендует черновое фрезерование твёрдосплавными пластинами вести всухую: при прерывистом резании кромка то нагревается, то остывает, и СОЖ усиливает термические трещины. СОЖ нужна при чистовой обработке нержавейки и алюминия, чтобы металл не размазывался, при резании жаропрочных сплавов на низких скоростях, на тонкостенных деталях против деформации. Если уж работать с СОЖ, то обильно. Подробнее по материалам — в статьях о фрезеровании алюминия и нержавейки и титана.

Виды СОЖ

FUCHS делит жидкости на водосмешиваемые — эмульсии, полусинтетику, синтетику — и неразбавляемые масла. Состав концентрата OSHA описывает так:

Водосмешиваемые жидкости, по FUCHS, обычно применяют в концентрации 4–10 %. Они дешевле масел, но их концентрацию нужно часто проверять. Рабочую концентрацию под материал и операцию указывает паспорт продукта.

Как подают СОЖ

• Полив через сопла — простой способ, много жидкости; хуже работает в глубоких карманах и отверстиях.
• Под давлением через инструмент. Жидкость выходит у кромки, поднимает стружку и выносит её из паза или отверстия. Sandvik отмечает, что почти все станки предлагают стандартную подачу под высоким давлением 70–80 бар, некоторые — до 150 бар, и советует фильтр 20 мкм.
• MQL — масляный туман на сжатом воздухе, по Sandvik несколько миллилитров масла в час. Смазывает кромку и помогает выдувать стружку, но почти не охлаждает.

ГОСТ 12.3.025-80 требует очищать СОЖ от механических примесей при циркуляции (п. 2.11), а систему подачи — оснащать дозированной направленной подачей с автоблокировкой при остановке оборудования (п. 2.12).

Концентрация: рефрактометр и коэффициент

Рефрактометр — самый простой способ проверить концентрацию в цеху. Прибор показывает не проценты, а условную величину по шкале; её умножают на коэффициент конкретного продукта. Коэффициент указан в паспорте продукта или на этикетке.

Пример: у синтетической жидкости FUCHS ECOCOOL S-HL коэффициент для ручного рефрактометра — 1,4. Показание 3,5 даёт концентрацию 3,5 · 1,4 = 4,9 %. Для защиты от коррозии производитель рекомендует не меньше 6 %, для алюминиевых сплавов — 6–12 %. Значит, раствор слабый.

Порядок по UKLA и FUCHS: выставить ноль по той же воде, на которой готовят раствор, при комнатной температуре; нанести одну-две капли пробы; снять показание по границе. Рефрактометр видит и постороннее масло: если граница размыта, масла в систему попало много. FUCHS советует мерить концентрацию ежедневно, минимум один-два раза в неделю; HSE — не реже раза в неделю.

Пример: сколько концентрата долить

Бак станка — 300 л. В нём осталось 260 л с концентрацией 4,9 % — например, бак доливали водой. Цель — 6 %, долить нужно 40 л.

1. Концентрат: Vк = (300 · 6 − 260 · 4,9) / 100 = (1800 − 1274) / 100 = 5,26 л.
2. Вода: 40 − 5,26 = 34,74 л. Доливка — раствор крепостью 5,26 / 40 ≈ 13,2 %.
3. Проверка: (1274 + 526) / 300 = 6,0 %.

Обычная ситуация обратная: вода испаряется, концентрация растёт. Тогда, по FUCHS, доливают слабый раствор 1–2 %. Если в тех же 260 л было 7,5 %, а долили 40 л раствора 1,5 %, получится (260 · 7,5 + 40 · 1,5) / 300 = 2010 / 300 = 6,7 %.

pH, бактерии и запах

По FUCHS, у большинства жидкостей pH свежего раствора 9,0–9,6, и в работе он не должен опускаться ниже 9,0 — точный диапазон указан в паспорте. У ECOCOOL S-HL pH раствора 5 % — 9,1. Падение pH означает слишком низкую концентрацию или бактерии: они разлагают компоненты жидкости, появляются коррозия и запах. Резкий рост pH, по UKLA, — признак загрязнения, например щелочным моющим средством.

Бактерии контролируют посевом на дип-слайды раз в неделю. HSE трактует результаты так:

Биоцид HSE советует добавлять только после того, как исправлены концентрация, pH, количество постороннего масла, температура и циркуляция, и только в дозе производителя. Бактериям помогают застой в трубах и баке, постороннее масло больше 2 % (HSE) и нагрев: FUCHS считает оптимальной температуру эмульсии ниже 25 °C. Вода тоже важна: UKLA называет идеальной жёсткость 80–200 ppm. ГОСТ 12.3.025-80 требует контролировать качество СОЖ по ГОСТ 9.085 сразу после приготовления и затем каждые 5 суток (п. 9.2).

Обслуживание бака

• Убирать постороннее масло скиммером или сепаратором, мелкую стружку — фильтрами, центрифугой или магнитным сепаратором.
• Не допускать застоя: во время простоев жидкость должна циркулировать. FUCHS перед остановкой советует поднять pH на 0,2–0,3.
• Вести журнал: концентрация, pH, дип-слайды, доливки. HSE рекомендует хранить записи не меньше пяти лет.
• Перед заменой — прогнать очиститель системы по всему контуру, слить, убрать шлам, промыть раствором, а не водой. Через неделю после заливки — дип-слайд.
• Срок службы, по п. 4.4 ГОСТ 12.3.025-80, устанавливают по результатам контроля. Ориентир стандарта для эмульсий на станках с индивидуальной системой — замена раз в месяц, летом раз в две недели, при обработке сплавов с алюминием — раз в неделю.

Порядок в баке — часть порядка на участке, см. статью «5S и SMED в цехе».

Охрана труда и утилизация

HSE предупреждает: вдыхание аэрозоля СОЖ может вызвать профессиональную астму и гиперчувствительный пневмонит, контакт с кожей — дерматит. ГОСТ 12.3.025-80 требует не превышать ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны (п. 1.5), предусматривать отсос аэрозолей СОЖ из зоны обработки (п. 3.6.1) и защищать кожу дерматологическими средствами (п. 8.4). Детали из магниевых сплавов по п. 2.9 обрабатывают без СОЖ. При чистке бака UKLA напоминает о пожароопасной мелкой стружке титана, магния и алюминия, а перчатки — только на остановленном станке: они повышают риск затягивания.

Отработанную СОЖ и промывные воды собирают в отдельные ёмкости. Сливать их в канализацию и водоёмы без очистки от нефтепродуктов ГОСТ 12.3.025-80 запрещает (п. 4.5). FUCHS описывает два способа переработки эмульсии: упаривание примерно до 10 % объёма или расщепление кислотой на масляную и водную фазы. Передают отходы специализированной организации по правилам обращения с отходами.