Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) - это сложные разнотипные, многокомпонентные химические составы. Их основное назначение, уменьшение силы трения, охлаждение и смазывание металлообрабатывающих инструментов (резцов, фрез, сверл), обрабатываемых деталей и механического производственного оборудования, что значительно снижает износ и повышает качество обработки.
В современной технологии металлообработки смазочно-охлаждающие жидкости применяются очень широко, без них не обходится массовое производство деталей из различных металлов и других материалов.
В технологическом процессе смазочно-охлаждающие жидкости для металлообработки являются вспомогательными веществами, которые снижают износ режущего инструмента обеспечивая высокое качество обработки изготавливаемых деталей.
Смазочно-охлаждающие жидкости выполняют ряд дополнительных функций, способствующих совершенствованию процесса металлообработки: смывают отходы механической обработки с места контакта инструмента и металла, что препятствует дополнительному нарушению структуры металла; понижают температуру и смазывают поверхности, снижая нагрузку на оборудование и увеличивая срок эксплуатации.
Качество СОЖ определяется комплексом эксплуатационных свойств, к которым относятся: моюще - диспергирующие, антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные и вязкостно - температурные. Улучшение этих свойств обеспечивается введением комплекта специальных присадок, которые добавляют важные свойства и повышают качество составов смазочно-охлаждающих жидкостей.
Классификация и основные типы смазочно-охлаждающих жидкостей для металлообработки, основные типы оборудования для их производства.
В механическом производстве и металлообработке используют три основных группы смазочно — охлаждающих жидкостей отличающихся по составу:
1. Масляные (безводные) - это минеральные масла с различной степенью очистки и добавлением противоизносных и противозадирных (например: сложных жиров, соединений серы, хлора, фосфор), а так же антикоррозионных, антикислительных и антипенных присадок в количестве до 50% состава. При этом для получения высококачественные составов, часто требуется достаточно сложное химическое оборудование такое как: емкости со смесителями; химические реакторы; различны фильтры; центрифуги, перекачивающие и дозирующие насосы.
2. Эмульсионные (эмульсолы) — это наиболее распространенные на производствах составы, являющиеся водными эмульсиями минеральных масел, которые получают разбавлением водой, так называемых эмульсолов, состоящих из 40-80% минерального масла и 20-60% эмульгаторов, связующих веществ, ингибиторов коррозии, антипенных присадок. Для производства данного вида СОЖ к перечисленному выше химическому оборудованию добавляются еще эмульгаторы и гомогенизаторы.
3. Синтетические — это наиболее сложные смеси на основе низкомолекулярных полимеров с добавлением поверхностно активных веществ (ПАВ). Такие СОЖ, получают смешиванием воды в объеме 40-60 % и концентратов, содержащих 40-60% поверхностно-активных веществ, полимеров, ингибиторов коррозии, антивспенивателей. При производстве данного вида СОЖ важно поддержание определенного уровня температуры в реакторах, что обеспечивается специальными термостатами и контроль протекания химических реакций с применение набора датчиков.
В качестве отдельной группы можно так же выделить СОЖ производимые на основе различных нефтепродуктов таких, как например керосин и прочих с добавлением ПАВ и нескольких видов минеральных масел. Такие составы применяются при абразивной обработке металлов, что способствует уменьшению износа механизмов и инструмента.
На характеристики СОЖ большое влияние оказывают присадки, наиболее важными из них являются следующие виды:
•антикоррозийные присадки, предназначенные для защиты инструментов и поверхности обрабатываемых металлов от коррозии;
•противоизносные присадки позволяющие снизить износ инструментов, деталей и узлов оборудования в процессе эксплуатации;
•противозадирные присадки предотвращают повреждение (задира) поверхностей инструмента и деталей во время обработки;
•антитуманные присадки снижают появление дисперсионного тумана от масляных СОЖ и повышают комфорт работы персонала;
•антипенные присадки продлевают срок службы самих СОЖ снижая в них уровень окисляющих газов.
Важные физико-химических свойствах масляных СОЖ
Внешний вид
Внешний вид является одним из важнейших источников информации о качестве и состоянии СОЖ. и характеризуется консистенцией, однородностью, цветом и прозрачностью. Основная маса СОЖ это белесые маслянистые жидкости.
Запах
Запах может характеризовать изменение качества в процессе эксплуатации СОЖ и зависит от компонентного состава. Так как СОЖ состоят из масляных основ и присадок то все они имеют специфический запах нефтяных продуктов.
Плотность
Плотность СОЖ характеризуется отношением ее массы к объему и выражается в кг/м3. Плотности всех масляных СОЖ для обработки металлов резанием укладываются в пределы от 850 до 1020 кг/м3.
Вязкость
Вязкость – характеризует внутреннее трение в жидкости, возникающее между ее молекулами при их перемещении под влиянием внешней силы. Существует три вида вязкости: динамическая, кинематическая и условная.
Температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения
Если нефтепродукты нагреть, то их пары образуют смесь с воздухом, воспламеняющуюся от открытого пламени. Температурой вспышки называется температура, при которой происходит воспламенение паров. Из всех СОЖ наиболее огнеопасны смеси на основе масел и нефтепродуктов.
Температура застывания
Температура, при которой СОЖ теряет текучесть, называется температурой застывания. Застывшая СОЖ представляет собой мазеобразную массу. Температура застывания масляных СОЖ не превышает минус 10 °С и зависит от химической природы масла и присадок. Для снижения температуры застывания применяются специальные присадки (депрессаторы).
Окисляемость
При вступлении в реакции с кислородом воздуха, молекулы химических веществ входящих в состав СОЖ, окисляются, это ведет к образованию новых соединений - гидропероксидов, пероксидов, кислот, спиртов, смол и потере основных рабочих свойств составов.
Для повышения устойчивости СОЖ к окислению к ним добавляют антиокислительные присадки (ингибиторы окисления).
Кислотное число
Кислотное число характеризует количество содержащихся в СОЖ свободных органических кислот и других кислых соединений в пересчете на количество КОН, нейтрализующее их. За кислотное число принимают количество едкого калия в миллиграммах, израсходованного на нейтрализацию кислых соединений, содержащихся в 1 г анализируемого продукта.
По величине кислотного числа можно ориентировочно судить, насколько состарилась СОЖ в процессе эксплуатации или хранения. В то же время кислотное число характеризует состав жидкости, так как добавляемые присадки повышают ее общую кислотность.
Определяется кислотное число СОЖ потенциометрическим или объемным титрованием раствором едкого кали навески продукта, растворенного в спиртобензольной смеси.
Щелочное число
Как уже указывалось выше, в процессе окисления в масляных СОЖ образуются кислые продукты. С целью нейтрализации кислых продуктов в состав некоторых СОЖ вводят щелочные моющие присадки. Наиболее часто для этой цели используются зольные моющие присадки, имеющие большой запас щелочности. Контроль содержания щелочных присадок в композициях СОЖ осуществляется оценкой щелочного числа.
За щелочное число (щелочность или щелочное число) принимают количество едкого кали в миллиграммах, эквивалентное количеству соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию всех щелочных соединений, содержащихся в 1 г анализируемого продукта.
Число омыления
Числом омыления называется количество миллиграммов КОН, необходимое для омыления всех свободных и связанных органических кислот, содержащихся в 1 г исследуемого продукта. Так как композиции масляных СОЖ могут содержать в своих составах жиры, жирные кислоты и их сложные эфиры, то число омыления кроме старения жидкости косвенно характеризует и ее состав.
Содержание хлора, серы и фосфора
Наиболее распространенными противоизносными и противозадирными присадками, улучшающими смазывающие свойства масляных СОЖ, являются органические соединения, содержащие хлор, серу или фосфор, или два, или все три активных элемента одновременно.
Содержание воды
Масляные СОЖ обладают гигроскопичностью, которая зависит от температуры жидкости и окружающей воздушной среды. При 20 °С в масляных СОЖ растворяется примерно 0,003% (масс.) воды. С изменением температуры воздуха и температуры СОЖ может происходить конденсация водяных паров, находящихся в воздухе. В результате влага попадает в СОЖ.
Большое содержание воды в СОЖ вызывает коррозию деталей и износ режущего инструмента. Вода при производстве или регенерации смазочно-охлаждающих жидкостей может вызвать вспенивание или выброс жидкости при нагреве в отстойниках и отстойниках до температуры.
Содержание механических примесей
В процессе эксплуатации в СОЖ накапливаются, сажа, кокс, различные соли, а также металлическая пыль, песок и стружка, волокнистые вещества обтирочных материалов.
Механические примеси влияют отрицательно почти на все эксплуатационные свойства СОЖ. Определяют механические примеси в СОЖ путем, фильтрования порции состава со взвешиванием высушенного бумажного фильтра.
Стабильность при эксплуатации и хранении
При длительном использовании СОЖ изменяются их эксплуатационных свойств, уменьшается концентрация компонентов и повышается загрязнённость. При этом скорость уменьшения концентрации присадок зависит от длительности времени эксплуатации эмульсии - «старения». Так например, скорость снижения концентрации ингибитора коррозии значительно больше в рабочей эмульсии, даже с учетом корректировок концентрации компонентов добавлением концентрата или пакета присадок, по сравнению с тем же показателем в свежеприготовленной эмульсии.
В процессе эксплуатации уменьшается концентрация и других компонентов СОЖ: эмульгаторов, аминов и многих других компонентов СОЖ в результате постепенного объединения их в кинетически неустойчивые агрегаты с последующим выпадением в осадок.
Из-за необратимых изменений в первоначально сбалансированной системе СОЖ происходит «старение» и изменение эксплуатационных свойств, и она перестаёт выполнять свои технологические функции.
Замедление процесса "старения" эмульсий и растворов СОЖ достигается своевременной корректировкой показателей качества и эксплуатационных свойств на основе данных текущего контроля свойств.
Физико-химические свойства разделяются на группы:
• не изменяются в процессе хранения, транспортирования и эксплуатации (плотность, вязкость, температура вспышки, содержание активных элементов, температура застывания, и др.);
• которые изменяются в процессе хранения, транспортирования и эксплуатации (кислотное число, запах, цвет, коррозионное воздействие на металлы и др.);
Направления применения смазывающе - охлаждающих жидкостей.
СОЖ применяются главным образом в следующих процессах: токарной обработке, фрезеровании, резании, сверлении различных металлов. Некоторые составы применяются при штамповке или выдавливании различных деталей. Синтетические составы так же используют при обработке металлокерамики и некоторых видов пластмасс.
На металлообрабатывающих производствах выбор конкретного вида смазывающе — охлаждающих жидкостей определяется видом и режимом механической обработки, типом инструмента, свойствами обрабатываемого материалов, допустимым качеством обработки. Значительно влияет на выбор СОЖ и способ подачи жидкости в оборудовании, так как некоторые станки оснащены системами рассчитанными только под определенные типы составов.
Масляные СОЖ обычно применяют на производствах с тяжелыми режимами обработки деталей, здесь они наиболее эффективны из-за их высоких смазочных свойств.
В большинстве процессов металлообработки, где требуются высокие скорости со средними нагрузками применяются эмульсионные СОЖ — эмульсолы. Это составы из воды, минеральных масел и поверхностно-активных веществ. Обычно в их составе от 40 до 80 % нефтяных масел, и от 10 до 30 % – мыл или мылоподобных поверхностно-активных веществ (сульфонатов, оксиэтилированных алкилфенолов, алифатических кислот и др.), играющих роль эмульгаторов и солюбилизаторов. В эмульсолах при смешении с водой остальных компонентов образуются устойчивые коллоидно-дисперсные системы типа лиофильных эмульсий содержащих водонерастворимые компоненты в солюбилизованном состоянии.
Основные аспекты технологии производства СОЖ. Применение химических реакторов в производстве СОЖ.
Технология производства смазочно-охлаждающих жидкостей включает в себя подготовку базовой основы и присадок с последующим компаундированием (смешением), эмульгированием и диспергированием. При этом надо учитывать, что при производстве ряда СОЖ протекают реакции омыления и соединения компонентов присадок.
Технология производства современных СОЖ требует, как применения достаточно сложного оборудования, так и высококачественных компонентов.
На первой стадии проводится приготовление базовой основы путем смешения нескольких видов масел. Так как это процесс относительно прост, то для его реализации могут применяться различные стальные емкости оснащенные электроприводными мешалками.
На второй стадии приготовленные компоненты проходят через фильтры и центрифуги различных типов для очистки, что особенно важно с точки зрения удаления абразивных частиц возможно содержащихся в исходном сырье.
На третьем этапе, как для приготовления масляных, так и эмульсольных СОЖ уже требуется более сложное оборудование, такое, как химические реакторы. Это обуславливается тем, что при протекании реакции и добавлении различного рода присадок и добавок необходимо соблюдение температурного режима с постоянным перемешиванием, а при производстве эмульсолов и синтетических СОЖ еще и эмульгирование с диспергированием.
Для приготовления СОЖ могут использоваться, как стеклянные, так и металлические химические реакторы. Объем рабочих емкостей таких устройств на малых производствах может составлять от 50 до 200 литров. Они могут быть выполнены как из высококачественного боросиликатного стекла, так и нержавеющей стали и оснащаться терморегулирующими рубашками для поддержания заданной температуры реакции. Равномерное перемешивание реакционной массы обеспечивается мешалками различных типов, приводимых в движение электродвигателями. Для приготовления эмульсолов и синтетических СОЖ реакторы могут оснащаться эмульгаторами и гомогенизаторами. Добавление различных присадок может точно и дозировано осуществляться перистальтическими насосами. Обеспечение заданной температуры, как правило, осуществляется внешними термостатами прокачивающими теплоноситель через терморубашки реакционных емкостей. Весь реакционный процесс и дозированная подача присадок и добавок могут быть автоматизированны и управляться с одного пульта или удаленного компьютерного терминала. Дооснащение реакторов контрольными датчиками позволяет точно контролировать протекание реакции, что особенно важно в производстве синтетических СОЖ.
После изготовления СОЖ может проходить дополнительную очистку, после чего поступает на линию розлива, где упаковывается в тару различной емкости.
Для производства современных СОЖ с определенных набором параметров необходим тщательный контроль за дозировкой и качеством смешения компонентов, что практически невозможно без применения современного оборудования такого, как химические реакторы оснащенные системами дозирования на основе перистальтических насосов и автоматизированным управлением.
Развитие технологий производства СОЖ связано с разработкой и совершенствованием базовых основ и синтетических присадок что позволяет получать композиции с новыми исключительными свойствами свойствами.
Посмотреть каталог
Стеклянные реакторы
Стальные реакторы
Для того, чтобы получить более подробную информацию связывайтесь с нашими менеджерами по телефонам 8 800 600-06-01, +7 (495) 145-06-01 или электронной почте info@mida.ru.