Dobór cieczy obróbkowych do stali nierdzewnych i wysokostopowych

Jakie ciecze obróbkowe stosować przy obróbce skrawaniem stali nierdzewnych i wysokostopowych, a także podczas skrawania stopów tytanu, aluminium, magnezu, niklu? Na co zwrócić uwagę podczas doboru cieczy obróbkowych dla poszczególnych materiałów?

Każda ciecz obróbkowa spełnia dwie podstawowe funkcje: chłodzenie i smarowanie (rys. 1), które mają zmniejszać energochłonność obróbki, ułatwiać tworzenie wiórów, zmniejszać opór skrawania i zapewnić ochronę antykorozyjną powierzchni oraz zwiększać trwałość narzędzi, zapewniać wysoką jakość i dokładność otrzymanych powierzchni [1].

Wyróżnia się ciecze obróbkowe olejowe takie jak oleje mineralne, oleje mineralne z dodatkami polarnymi, oleje mineralne EP (extreme pressure) oraz oleje mineralne z dodatkami polarnymi i EP. Dodatki opierają się na czystej siarce i jej związkach, chlorze i fosforze. Kolejna grupę stanowią emulsyjne ciecze obróbkowe, tj. mieszaniny wody z olejem emulgującym. Następna grupa to wodorozcieńczalne ciecze obróbkowe, które dzieli się na trzy postacie: rzeczywiste roztwory wodne substancji nieorganicznych lub organicznych, roztwory z dodatkami w postaci koloidalnej, związki będące kombinacją cieczy emulsyjnych i rozpuszczalnych w wodzie substancji syntetycznych. Za to dla dużych prędkości skrawania stosuje się lotne środki poślizgowe [1].

Olejowe ciecze obróbkowe wykazują lepsze własności smarne, są odporne na atak bakteryjny, chronią powierzchnię obrabiana przed korozją oraz mogą być łatwo oczyszczone i ponownie użyte. Ciecze obróbkowe na bazie wody charakteryzują się lepszą zdolnością wnikania i chłodzenia obrabianych powierzchni, są ogólnie tańsze w eksploatacji oraz ich koszt utylizacji lub oczyszczania może być niższy. Emulsje olejowe i wodne wykazują pośrednie własności smarne i chłodzące [2].

Stale nierdzewna generalnie są trudne w obróbce w porwaniu do innych materiałów ze względu na wysokie stężenie chromu i niklu, które powodują umocnienie przez zgniot oraz na wysoką plastyczność i wytrzymałość poszczególnych grup stali nierdzewnych. Stopy tytanu podobnie jak stale nierdzewne obrabia się trudno, a w płynach obróbkowych należy unikać nadmiernej ilości dodatków chlorków, które mogą spowodować ich korozję naprężeniową. Stopy magnezu charakteryzują się doskonałą obrabialnością, ale są chemicznie reaktywne, dlatego ciecze do ich obróbki nie powinny zawierać wody lub substancji kwaśnych. Stopy aluminium są łatwo obrabialne w porwaniu do stali węglowych, a czyste aluminium może być bardzo plastyczne. Stopy niklu wykazują dobra obrabialność oprócz stopów niklu ze srebrem, które są trudne w obróbce [3]. Do obróbki stali nierdzewnych nadają się oleje o niskiej lepkości z dodatkiem chloru i siarki oraz dodatków EP. Dla większych prędkości skrawania emulsje zawierające siarkę i chlor są także efektywnymi cieczami obróbkowymi [2].

Do obróbki stopów aluminium skuteczne są ciecze obróbkowe na bazie wody zawierające estry i amidy. Można również stosować lekkie oleje zawierające estry, zwłaszcza do toczenia i frezowania [2].

Stopy tytanu można obrabiać przy użyciu lekkich olejów zawierających chlorkowe dodatki EP. Emulsje zawierające chlor nadają się do szlifowania za pomocą tarczy ściernej z węglika krzemu [2].

Generalnie dla stali nierdzewnych oraz stopów tytanu zaleca się stosować nowoczesne odmiany cieczy obróbkowych pozbawionych dodatków chlorków, co wyeliminuje niebezpieczeństwo korozji tych materiałów.
Do obróbki stali nierdzewnych najczęściej stosuje się oleje rozpuszczalne w wodzie (zwykle w proporcji 1 część oleju na 12 do 30 części wody) i chlorosulfonowane oleje obróbkowe (o lepkości 300 SUS w temperaturze maks. 38°C). Oleje rozpuszczalne w wodzie stosuje się głównie dla operacji z narzędziem jednoostrzowym takich jak toczenie i wiercenie, a także do frezowania i obróbki w tokarkach rewolwerowych. Chlorosulfonowane oleje obróbkowe stosuje się dla matali stali trudnych w obróbce, podczas stosowania narzędzi ze stali szybkotnących i wysokich wymagań odnośnie, jakości obrabianych powierzchni. Takie oleje lub oleje z innymi dodatkami stosuje się także do rozwiercania stali nierdzewnych i wiercenia długich otworów. Gdy stosuje się oleje z dodatkami, to ich lepkość nie powinna być większa niż 300 SUS w 38°C dla umożliwienia koniecznego przepływu [2].

Do obróbki skrawaniem stali nierdzewnych zaleca się dwa główne typy chlorosulfonowanych olejów obróbkowych. Chlorosulfowany olej rafinowany z dodatkami siarki i około 8-10% ciekłych tłuszczów o lepkości około 200 SUS w 38°C. Jest on generalnie stosowany do nie automatowych gatunków stali nierdzewnych. Kolejny typ to chlorosulfowany olej rafinowany zawierający siarkę bez dodatków ciekłych tłuszczów o lepkości około 130 SUS w 38°C, który stosuje się do automatowych gatunków stali. Jako ogólno zasadę można przyjąć, że im trudniejsza w obróbce jest stal nierdzewna to olej powinien mieć więcej dodatków siarki [2].

Stosowane dla stali nierdzewnych ciecze obróbkowe powinny zawierac dodatki polarne i dodatki EP. Wodnorozpuszczalne ciecze obróbkowe stosowane są dla operacji, gdzie wymagana jest większa zdolnośc chłodząca zastosowanej cieczy. W porówaniu do olejów obróbkowych, wodnorozpuszczalne ciecze obróbkowe mogą zapewniać wyższą jakość powierzchni obrabianych, mniejszą strefę wpływu ciepła w narzędiach i przez to większą produktywność dla niektórych gatunków stali nierdzewnych [2].

Przedstawione rozważania nie wyczerpują w pełni zagadnienia doboru cieczy obróbkowych do skrawania stali nierdzewnych. Właściwy dobór składu płynu obróbkowego jest wciąż sztuką i powinien uwzględniać oprócz charakterystyki procesu technologicznego otrzymanie optymalny własności obrabianej powierzchni.

Więcej informacji na temat konkretnych cieczy obróbkowych zalecanych do obróbki stali nierdzewnych można znaleźć bezpośrednio u ich producentów np.: Statoil Lubricants [4], Elf Lubricants [5], Rocol [6], i wielu innych.

 

Literatura
[1]. Borys Stoch, Podstawy obróbki skrawaniem, Koszalin, www.zmp.wm.tu.koszalin.pl
[2]. ASM Handbook - Vol 16 - Machining Processes, ASM International, 1989
[3]. E. Totten, S.R. Westbrook, R.J. Shah, Fuels and Lubricants Handbook: Technology, Properties, Performance, and Testing, ASTM, 2003
[4]. Statoil Lubricants, Katalog produktów, www.statoil.pl
[5]. Elf lubricants, www.elf.com.pl
[6]. Informator o wyrobach firmy Rocol, smary.pl