Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) — состав, виды, характеристики, применение

Что такое СОЖ?

Аббревиатура СОЖ в производстве и металлообработке расшифровывается как “смазочно-охлаждающая жидкость”, также употребляется термин СОТС — “смазочно-охлаждающие технологические средства”. СОЖ — это многокомпонентные составы, главным назначением которых является охлаждение и смазка инструментов и обрабатываемых деталей из черных и цветных металлов и сплавов. Они уменьшают трение и защищают инструменты и заготовку от перегрева и коррозии, эффективно удаляют абразивную пыль и мелкую стружку из рабочей зоны, предотвращают быстрый износ основных элементов оборудования.

Смазочно-охлаждающие жидкости: структура, механизм действия

Повсеместное применение смазочно-охлаждающих жидкостей обусловлено тем, что они выполняют одновременно эффективное разделение трущихся поверхностей заготовки и инструмента, а также снижают температуру последнего. При этом состав компонентов, которые включают наиболее эффективные  смазочно-охлаждающие жидкости, представлен:

1. Смазками на основе синтетических или животных масел.
2. Присадками, которые обеспечивают веществам антифрикционные, противозадирные показатели.
3. Компонентами, исключающими расслоение составов при длительном хранении.
4. Веществами, предохраняющими рабочие инструменты от коррозии, разрушения.
5. Добавками, снижающими агрессивность.
6. Присадками, улучающими смачиваемость, а также уменьшающими пенообразование при металлообработке.

Отработанные продукты подлежат обязательной утилизации. Классификация, в соответствии с которой производятся смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) обычно производится по следующим параметрам:

1. По происхождению основных компонентов. Так, выпускаются масляные СОЖ на основе технических масел – продуктов нефтепереработки, а также на основе жиров животного или растительного происхождения.
2. По способу составления различают эмульсолы – продукты с длительным сроком самопроизвольного расслаивания, либо технические масляные СОЖ, которые готовятся непосредственно перед своим употреблением. В последнем случае согласно ГОСТ выпускается концентрат СОЖ.
3. По отрасли своего применения выпускаются синтетические СОЖ, рассчитанные для условий операций пластического деформирования, притом для токарных станков.
4. Масляные СОЖ различаются также по своим физико-механическим показателям – кислотному числу, вязкости температуре вспышки. Последняя характеристика определяет, можно ли применять масляные СОЖ в операциях горячей штамповки, либо нет.

Марки наиболее распространённых составов для мехобработки

Для токарных станков производятся следующие виды:

• Эмульсолы, которые представляют собой разбавленные обычные минеральные масла (например, И-12, И-20) Эмульсолы на нефтяной основе производятся по техническим требованиям ГОСТ 6243-75;
• Эмульгаторы, у которых присутствуют металлические мыла синтетических жирных кислот. Производятся согласно ГОСТ  Р 52128-2003;
• Синтетические составы на основе высокоатомных спиртов, талловых масел, триэтаноламина. Производятся по ГОСТ 38.01445-88, и предназначаются для токарных станков, ведущих механическую обработку быстрорежущих, нержавеющих, легированных сталей. Не допускается их использование в отработанном виде;
• Сульфофрезолы (ГОСТ 122-94) – смеси высокоочищенного масла и серосодержащих составов. Эффективно снижают трение, не обладают коррозионными свойствами, поскольку не содержат воды, кислот, щелочей.

Общим свойством, которым должна обладать синтетическая СОЖ для токарных станков – пониженная вязкость. Здесь основные компоненты СОЖ легко распределяются по сложной поверхности инструмента, хорошо охлаждают её,  не позволяют стружке налипать на резец. В среднем рассматриваемый показатель для процессов механической обработки, не превышает 35 — 40 сСт. В России часто используются импортная продукция, например, от торговой марки MobilCut. Однако согласно принципу импортозамещения, который ныне широко внедряется в России, постепенно происходит замена  импортных марок на отечественные виды аналогичных продуктов.  Кроме того, в описаниях на подобные продукты часто не рассматриваются виды сталей или цветных сплавов (в частности, алюминия), которые используются в России. Для отработанных СОЖ имеются специально оборудованные ёмкости.

Обзор российских СОЖ

Рассмотрим наиболее популярные СОЖ отечественного производства.

EFELE CF-621

Данный продукт является разработкой компании «Эффективный Элемент» и представляет собой концентрат полусинтетической водорастворимой СОЖ.

Он производится из синтетических компонентов с добавлением минеральных масел, доля которых не превышает 20% от общего состава. Такие компоненты обеспечивают продукту оптимальное сочетание смазочных, моющих и чистящих свойств. При этом EFELE CF-621 не содержит формальдегида, хлора, вторичных аминов и иных токсичных веществ.

СОЖ является универсальной и демонстрирует высокую эффективность при самых разных операциях металлообработки, а именно:

• При точении
• При фрезеровании
• При сверлении
• При нарезании резьбы
• При пилении
• При различных видах шлифования
• При развертывании
• При притирке
• При хонинговании

Диапазон концентраций для данной СОЖ варьируется от 5% до 10% и зависит от типа операции.

EFELE CF-621 обладает высокими антипенными свойствами, надежно защищает металлические поверхности от коррозии и является биологически стойким материалом.

Это СОТС подходит для применения при обработке сталей (в том числе высоколегированных и нержавеющих), титана, чугуна и алюминиевых сплавов (для обработки медных сплавов также может подойти).

Рикомс

Эта СОЖ производится компанией «Нефтебаза №1» и представляет собой минеральное масло, которое содержит наполнители, защищающие металлические поверхности от коррозии, а также обеспечивающие продукту антизадирные свойства и стойкость к окислению.

Рикомс используется при резке различных видов сталей и сплавов, может применяться при точении, сверлении, развертывании, протягивании и нарезании резьбы в случае с титановыми и алюминиевыми сплавами.

Виды и характеристики СОЖ

Основными техническими характеристиками СОЖ являются плотность и вязкость, которые зависят от состава и определяют их смазывающие и охлаждающие качества. Также важным свойством охлаждающей жидкости является температура замерзания, определяющая условия, в которых возможно применение смазки.

В зависимости от состава, СОЖ подразделяются на две группы:

• масляные
• водосмешиваемые (синтетические и полусинтетические).

По форме выпуска различают концентраты и готовые к применению эмульсии. В особую группу можно выделить аэрозоль, применяемый на нестационарных рабочих местах.

Виды СОЖ для процессов обработки металлов давлением

Ввиду значительных удельных усилий, а также скоростей относительного скольжения материала заготовки по инструменту марки  для использования в технологических процессах должны иметь существенно более высокую вязкость. Кроме того, при значительных степенях деформации на контактных поверхностях начинаются химико-механические поверхностные реакции, способствующие ухудшению условий трения. Это снижает стойкость инструмента, в частности при обработке мягких металлов, например, алюминия. Применять же частично отработанные вещества при обработке алюминия  недопустимо. Поэтому характерными особенностями данных составов  для условий России являются:

• Достаточно высокая вязкость. На практике она варьируется от 45 — 50 сСт для СОЖ на основе минеральных масел типа И20 (ГОСТ 20799-88), до 75 — 80 сСт для СОЖ с сернистыми соединениями и животными жирами (характерный представитель  — Укринол  ГОСТ 9.085-88);
• Стойкость против высокотемпературного расслоения или разрушения. В составе обязательно имеются сернистые присадки, анионоактивные эмульгаторы. К наиболее употребляемым  маркам относятся этаноламины и алкилсульфаты с присадками по ГОСТ 10534-88. В отработанных продуктах концентрация таких компонентов резко снижается;
• Воднографитовые виды, включающие в себя присадку на базе масляной суспензии тонкочешуйчатого графита. Выпускаются по ГОСТ 5962-88.

 Особую группу представляют вещества, применяемые при обработке алюминия и его сплавов. Алюминий характеризуется интенсивным налипанием на контактные поверхности оснастки, поэтому  должно обеспечиваться не столько снижение температуры, сколько высокая чистота конечной поверхности изделия. Например, при листовой прокатке алюминия  используются:

• Продукция на основе 5 — 10%-ной смазки 59ц (ГОСТ 5702-85);
• Эмульсолы на основе синтетических жирных кислот с добавлением триэтаноламинов (ГОСТ 8622-85);
• Вещества, содержащие высокомолекулярные синтетические спирты: например, этиленгликоль ГОСТ 10136-97 или глицерин ГОСТ 6823-97.

Весьма много систем СОЖ, предназначенных для работы с алюминием, производятся по ТУ России и других стран СНГ. Вязкость таких составов для обработки алюминия обычно принимается минимальной.

Масляные СОЖ

Масляные СОЖ — это чистые минеральные масла (вязкость 2 — 40 мм2/с при 50°С) или с добавками разнообразных функциональных присадок (противозадирные, антифрикционные, антитуманные, антикоррозионные и пр.). Производятся из нефтепродуктов, в связи с чем относятся к горючим жидкостям.

Имеют отличные смазывающие свойства, но при этом отмечается ряд недостатков: низкая способность к охлаждению, испаряемость и высокий уровень пожарной опасности. Масляные смазочно-охлаждающие жидкости не требуют специального приготовления, они выпускаются готовыми к применению.

Выбор и применение СОЖ на масляной основе

Масляные СОЖ характеризуются показателями плотности, вязкости и температурой вспышки, что и является основными критериями выбора определенной марки смазочно-охлаждающей жидкости. Они традиционно используются при тяжелых режимах работы на металлорежущих станках — с низкими скоростями подачи и большой глубиной резания. Эмульсолы на основе минерального масла широко применяются при хонинговании, развертывании и сверлении, а также в случаях, когда уплотнение станка не позволяет использовать водосодержащие продукты.

Чистые минеральные масла без присадок имеют ограниченное применение и чаще всего применяются при простых работах с цветными металлами (бронза, латунь, медь), а также с углеродистыми сталями и чугуном. Для труднообрабатываемых материалов подходят масляные смазочно-охлаждающие жидкости более сложного состава с присадками.

Делая выбор между несколькими марками смазочно-охлаждающей жидкости с аналогичными характеристиками, специалисты рекомендуют отдать предпочтение тем продуктам, которые:

• имеют более высокую прозрачность для лучшего обзора рабочей зоны
• не образуют масляный туман и безопасные для персонала
• не содержат хлора и при этом обладают высокими смазывающими свойствами и обеспечивают требуемое качество обработки

Синтетические и полусинтетические СОЖ

Водосмешиваемые СОЖ в своем составе содержат различные органические и неорганические вещества, среди которых: спирты, вода, эмульгаторы, электролиты, биоциды, ингибиторы коррозии, противозадирные присадки и пр.

Преимущества этого вида эмульсолов — невысокая стоимость, простота приготовления рабочих эмульсий, низкая пожароопасность, хорошие охлаждающие свойства. Недостатки — пенообразование, высокая степень биопоражения микроорганизмами и расходы на утилизацию.

Классификация водорастворимых СОЖ

Поставка водосмешиваемых эмульсолов осуществляется в виде концентрата, который используется для приготовления рабочих эмульсий непосредственно на месте применения. При этом обязательным условием получения качественного продукта является правильное разбавление концентрата водой — он добавляется в воду и тщательно перемешивается.

Эта группа включает три основных разновидности СОЖ с разной дисперсностью основного компонента:

1. Эмульсионные: грубодисперсные продукты, получаемые путем разбавления водой эмульсолов, содержащих до 85% минеральных масел. Вследствие смешивания эмульсола и воды в концентрации 5-30% образуется эмульсия белого цвета, обладающая высокими смазывающими характеристиками.
2. Полусинтетические: концентрированные продукты с коллоидной степенью дисперсии, содержат до 50% минеральных масел. Рабочий полупрозрачный раствор концентрацией 1-10% получают при смешивании с водой. Он в равной мере характеризуется хорошими смазывающими и охлаждающими свойствами.
3. Синтетические: концентраты, не содержащие масел, имеют молекулярную степень дисперсности. Основные компоненты: поверхностно-активные вещества (ПАВ), вода, водорастворимые полимеры и присадки. Рабочий раствор в концентрации 1-10% обладает высокими охлаждающими свойствами.

Состав и характеристики СОЖ на водной основе

Водорастворимые СОЖ характеризуются отличными охлаждающими свойствами и поэтому подходят для высокоскоростных режимов обработки металлов. Кроме того, они дают возможность получить рабочий раствор различной концентрации, что расширяет применяемость данного вида эмульсолов в металлообработке.

Например, одна и та же марка смазочно-охлаждающей жидкости может использоваться для черновой механической обработки в концентрации 2-5%, а при выполнении особо трудных операций (глубокого зенкования, сверления и пр.) — в повышенных концентрациях до 8%. Синтетические СОЖ с невысокой концентрацией 1,5-2,5% обычно выбирают для шлифовальных операций.

Рекомендуемые концентрации и применяемость каждой марки СОЖ для определенного вида механической обработки приводятся в технической документации производителей. Точное соблюдение дозировок гарантирует стабильность готового раствора СОЖ и позволяет достичь максимально эффективной обработки металлов.

Выбор и применение СОЖ

Основными сферами применения смазывающе-охлаждающих жидкостей являются токарная и фрезерная обработка металлов. Эмульсол для металлообработки выбирается, исходя из конкретных условий производства: типа оборудования, применяемого инструмента, выполняемых технологических операций, материала заготовки, способа подачи рабочей эмульсии и пр.

СОЖ для токарных станков — какую выбрать?

Однозначного ответа на вопрос, какая СОЖ лучше для токарной обработки, нет: ее нужно выбирать с учетом скоростного режима и свойств обрабатываемого металла.

При высокоскоростной токарной обработке необходимо использовать СОЖ с улучшенными теплоотводящими и антифрикционными характеристиками.

Даже при обработке нержавеющих металлов в составе концентрата СОЖ, эмульсола или эмульсии для токарных станков должны быть специальные присадки для предотвращения коррозии инструмента и узлов оборудования.

В составтокарной эмульсии для обработки вязких металлов обязательно вводят антизадирные компоненты.

Как выбрать СОЖ для фрезерования?

Требования к СОЖ для фрезерных станков зависят от режима резания, материала инструмента и заготовки. Например:

• при использовании фрез с твердосплавными пластинами они должны сочетать высокие смазочные и низкие охлаждающие свойства (фрезерование является прерывистым процессом, поэтому интенсивное охлаждение зоны реза приводит к образованию термических трещин на режущих кромках инструмента из-за резких перепадов температуры);

• при обработке деталей из алюминия и нержавейки необходимо для улучшения качества обработки поверхностей следует применять СОЖ с антизадирными присадками.

Особенности выбора СОЖ для шлифовальных станков

К СОЖ для шлифовки металлов предъявляются повышенные требования по пожаробезопасности, пено- и туманообразованию, содержанию опасных для здоровья персонала веществ.

Во время шлифования в рабочей зоне образуется большое количество мелкой стружки и абразивной пыли, что приводит к образованию царапин на обрабатываемых поверхностях. Поэтому для обеспечения высокого качества деталей необходимо выбирать СОЖ с улучшенными моющими свойствами.

СОЖ для сверления

Выбирая смазочно-охлаждающую жидкость для сверлильного станка, необходимо обязательно учитывать глубину отверстий: СОЖ для глубокого сверления должны обладать повышенными теплоотводящими и антифрикционными свойствами.

Для повышения качества обработки поверхностей отверстий в деталях из нержавеющей стали в состав СОЖ вводят компоненты, предотвращающие налипание металла на сверло.

Одним из важнейших требований к СОЖ при использовании твердосплавных сверл является содержание присадок, препятствующих выгоранию кобальта.

СОЖ для обработки металлов давлением

Подбор СОЖ для обработки металлов давлением осуществляют с учетом особенностей технологических режимов выполняемых процессов (прессование, горячая или холодная штамповка).

В основном для операций горячей штамповки применяются пожаробезопасные смазочно-охлаждающие жидкости на водной основе с графитом и без графита, а также масляные СОЖ с графитом. Эти продукты образуют термостойкую смазочную пленку с хорошими разделительными свойствами. Они уменьшают износ оборудования, предотвращая жесткий контакт матрицы и заготовки.

Широкое применение получило также специальное испаряющееся масло для штамповки, в состав которого входят особые полярные присадки (эфиры). Оно отличается невысокой вязкостью, легко наносится на рабочие поверхности, испаряется при нагреве и не требует последующей очистки.

Для холодной обработки металлов давлением выпускаются СОЖ на масляной основе со значительным содержанием различных присадок и смазочных добавок, придающих нужные эксплуатационные свойства — коррозионную устойчивость и износостойкость, хорошие противозадирные качества. Создаваемая защитная масляная пленка снижает трение, уменьшает дефекты и улучшает качество поверхности получаемой детали.

Марки и рейтинг СОЖ

Первые места в рейтинге СОЖ для металлообработки занимают продукты марок Henkel, Blaser, Cimcool — данные фирмы специализируются на выпуске смазочно-охлаждающих жидкостей. Для компаний Castrol, Shell, Mobil основным направлением является производство моторных масел, а выпуск СОТС для них — «побочное» дело. При этом стоимость СОЖ всех вышеперечисленных марок одинаково высока, в том числе из-за немалых затрат на доставку и растаможку.

Кроме того, под видом эмульсий и эмульсолов известных марок нередко продаются фальсификаты, опасные не только для оборудования, но и для здоровья людей.

Смазывающе-охлаждающие жидкости отечественного производства стоят значительно дешевле, но при этом обладают рядом недостатков, в числе которых:

• быстрое расслоение, бактерицидное заражение и, как следствие, и потеря рабочих свойств;
• коррозия и разрушение деталей станка, выполненных из цветных материалов;
• вспенивание и выпадение осадка при использовании с жесткой водой;
• аллергические реакции и другие проблемы со здоровьем у персонала;
• высокая токсичность отработанной эмульсии и проблемы с её утилизацией.

При разработке нашей продукции мы учли эти факторы, поэтому концентрат СОЖ для металлообработки марки Oilсool полностью отвечает современным санитарно-гигиеническим требованиям, а пакет присадок Ecoboost 2000 обеспечивает высокие антикоррозионные, антифрикционные, противозадирные и другие важные эксплуатационные свойства. Производимые нами смазочно-охлаждающие жидкости ничем не уступают зарубежным аналогам и при этом стоят дешевле.