Идея использовать смазочно–охлаждающую жидкость собственного производства выглядит как возможность снизить общие расходы производства, однако подобный подход может привести к долгосрочным негативным последствиям. В статье рассмотрим почему создание СОЖ своими руками не лучшая идея.
Смазочно–охлаждающие жидкости (СОЖ) – это технологические композиции для охлаждения, смазки, выноса стружки и защиты от коррозии при механической обработке. Попытки подготовить подобный состав из присадок, масел и прочих растворов часто приводят к росту совокупной стоимости владения. Расходы растут в связи с ускоренным износом инструмента, нестабильным качеством обработки поверхности, простоям и т.д. Специализированные продукты с выверенной рецептурой обеспечивают предсказуемость и воспроизводимость процесса.
Подготовка самодельной охлаждающей жидкости начинается с выбора масла. Чаще всего это минеральное масло, в которое дополнительно, при наличии, добавляют ПАВ–эмульгаторы для диспергирования, ингибиторы коррозии и разводят водопроводной водой. Смешивание производится в баке станка, а порядок подачи компонентов нарушается. Это снижает стабильность эмульсии еще до ввода в эксплуатацию. Концентрация компонентов выбирается эмпирически, жесткость воды и уровень pH также чаще не контролируется.
Плюсы собственноручного изготовления СОЖ DIY–подхода:
· Быстрый старт из доступных компонентов.
· Иллюзия экономии на литре концентрата.
· Оперативные «локальные» правки под один станок или операцию.
· Риски:
· Коррозия: нестабильный pH, вымывание ингибитора, хлориды.
· Пенообразование
· Расслоение и нестабильность эмульсии
· Микробиология
· Опасность для оператора
· Несовместимость с материалами станка
· Гарантийные риски: следы коррозии в станине или шпинделе, повреждение насосов или фильтров – отказ в гарантии производителем станка.
· Износ оборудования, брак на обрабатываемых деталях
Даже если удается подготовить работоспособную смесь на одном станке, масштабирование на парк оборудования почти невозможно. Предсказуемость процесса падает, а совокупная стоимость владения растет из–за простоев и брака. Поэтому для стабильной производительности и безопасности практичнее выбирать специализированные СОЖ с проверенной совместимостью и сервисной поддержкой. Далее мы рассмотрим какие трудности могут возникнуть при создании смазочно–охлаждающую жидкость своими руками.
Вызовы при разработке СОЖ
Металлообрабатывающие жидкости работают в жестких условиях. Ключевые вызовы для разработчика: контроль пенообразования, устойчивость к жесткой воде, повышение биостойкости (устойчивости к микробному загрязнению) и соответствие требованиям в части охраны здоровья. Качество воды часто имеет определяющее воздействие на все эти аспекты.
Пенообразование
Пеногасители требуются в большинстве водосмешиваемых СОЖ для операций, при этом для каждого конкретного случая формируется свой состав и концентрация подобных добавок. Главный элемент, влияющий на пену в водоразбавляемых СОЖ – это эмульгатор (ПАВ). Он работает на границе «воздух–вода» и сильнее других компонентов стабилизирует пену.
Практический подход – использовать неионогенные ПАВ с достаточно низким гидрофильно–липофильным балансом (HLB), ориентировочно HLB 6–13. Идеальны «сверхмалопенящиеся» эмульгаторы, но у них HLB настолько низок, что они плохо диспергируются в воде. Как показано в таблицах подбора, классические неионогенные ПАВ способны обеспечить умеренный пеноконтроль при грамотной компоновке. Наиболее надежная стратегия – применять этоксилированно–пропоксилированные полимеры их также называют EO/PO–типами. Они дают нужный баланс смачивания и эмульгирования при этом обладают низкой склоностью к пеннообразованию.
Качество воды также играет важную роль. Увеличение жесткости (рост концентраций Ca2+ и Mg2+) обычно уменьшает пенообразование. Причина – образование малорастворимых соединений в системе, которые ведут себя как естественные пеногасители. Напротив, использование деминерализованной воды часто усложняет подавление пены.
Устойчивость к жесткой воде
Для того чтобы СОЖ была стабильна в жесткой воде, производитель должен подбирать функциональные добавки, не реагирующие с высокими уровнями Ca2+ и Mg2+. Обычно это ведет к большей доле неионогенной химии и к осторожному использованию анионных компонентов. Последние – в частности карбоксилаты и сульфонаты – склонны образовывать с кальцием и магнием нерастворимые соли, выпадающие в осадок. Это повышает риск дестабилизации эмульсий у эмульгируемых масел и полусинтетических СОЖ вплоть до расслоения на масло и воду.
Выпадение в осадок функциональных добавок ограничивает работоспособность СОЖ. Наиболее уязвимы к жесткой воде две группы: ингибиторы коррозии и эмульгаторы. Например, ингибиторы на основе дикарбоновых кислот, применяемые в синтетических и полусинтетических рецептурах, нередко имеют сомнительную стабильность в жесткой воде, из-за чего снижается противокоррозионная защита.
Здесь неизбежен компромисс между пеной и коррозией, зависящий от жесткости воды:
· В мягкой воде подобрать эффективные ингибиторы коррозии сравнительно несложно, сложнее контролировать пенообразование.
· В жесткой воде наоборот: проще минимизировать пенообразование, но сложнее найти ингибиторы, стабильно работающие при высоких Ca2+ и Mg2+.
· Универсального решения нет: оптимальная комбинация добавок зависит от конкретной операции обработки (материал, режимы, охлаждение, требования к чистоте и т.д.).
Повышение устойчивости к микробному загрязнению
Основные функциональные добавки, применяемые для контроля микробного загрязнения – это биоциды (антимикробные препараты). Усиливающиеся ограничения на использование крупного класса биоцидов – формальдегид-конденсационных подтолкнули отрасль к применению синергетических аминов в качестве вспомогательных компонентов. Борная кислота и ингибиторы коррозии на основе борной кислоты также использовались для повышения биостойкости СОЖ, однако применение борной кислоты находится под регуляторным контролем. Это ведет к активной разработке безборных рецептур.
Другой подход – подбор функциональных добавок с собственной биостойкостью. Соединения с разветвленной или циклической структурой обычно менее уязвимы к микробной деструкции, чем традиционные линейные аналоги, и потому рассматриваются как кандидаты для повышения устойчивости рецептур. Если есть основания полагать, что та или иная функциональная добавка проявляет собственную биостойкость либо синергизм с применяемыми биоцидными активами, ее эффективность следует оценивать, например по ASTM E2275 – стандартной практике оценки биостойкости водосмешиваемых СОЖ и эффективности биоцидов.
Исходя из обозначенных тезисов, СОЖ своими руками это скорее факультативное занятие для домашней мастерской, чем решение для отрасли. «Likkor» подберет решение под ваши задачи эффективное и экономически целесообразное.