Оценка свойств СОЖ в лаборатории и на производстве

Оценка потребительских свойств смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) включает в себя анализ различных аспектов, влияющих на их эффективность в конкретных технологических процессах. Это важный этап, который позволяет обеспечить эффективность и безопасность металлообработки. Результаты оценки помогают осуществить выбор подходящей СОЖ для конкретного технологического процесса, оптимизировать её применение для повышения производительности и снижения затрат, а также гарантировать безопасность для персонала и окружающей среды.

Важность этой темы подчёркивает интерес к ней со стороны отраслевых специалистов. Подтверждением стала конференция «Оценка потребительских свойств смазочно-охлаждающих жидкостей», которая прошла в рамках деловой программы 25-й Международной специализированной выставки «Оборудование, приборы и инструменты для металлообрабатывающей промышленности».

Организатором конференции выступило ООО «ФУКС ОЙЛ». Специалисты компании поделились своим опытом, в том числе на примере собственной продукции, выпускаемой под брендом FOXGEAR. Также они ответили на вопросы слушателей конференции, которые возникают у них в ходе эксплуатации СОЖ различных марок.

Рынок меняется, но качество остаётся в приоритете

В своём докладе менеджер по развитию бизнеса «Обработка металла» компании «ФУКС ОЙЛ» Евгений Алимов напомнил, что в последние годы на российском рынке происходит большое количество изменений. В частности, появляются новые продукты, поскольку производители ищут новые решения в стремлении удовлетворить потребности заказчиков. И очень важно понимать, какими характеристиками обладают эти продукты, чтобы сделать правильный выбор.

«С 2013 года наша компания производит свою продукцию в Калуге. И мы знаем, что самое главное и сложное в производстве — это контроль стандартов качества. Потому что именно это наиболее важно для потребителя. Я расскажу про некоторые методы оценки свойств СОЖ, потому что их довольно много, и в зависимости от технического оснащения предприятия, целей и задач могут использоваться разные подходы. Речь пойдёт главным образом о водосмешиваемых продуктах, поскольку они более сложны в эксплуатации», — пояснил Евгений Алимов.

Для начала он напомнил основные и вспомогательные функции жидкостей для металлообработки. К числу основных он отнёс следующие:

• уменьшение трения между инструментом и заготовкой;
• отвод тепла из зоны резания;
• транспортировка (удаление) стружки.

Вспомогательные функции:

• защита от коррозии машин и компонентов;
• контроль пенообразования;
• низкое испарение;
• стабильность концентрата и эмульсии;
• отсутствие воздействия на цветные материалы;
• биостабильность.

Методы оценки свойств СОЖ для металлообработки

1. Анализ смазочно-охлаждающих жидкостей специалисты компании «ФУКС ОЙЛ» рекомендуют начинать с оценки стабильности эмульсии. Эта характеристика определяет способность СОЖ сохранять свои свойства в течение длительного времени. Эмульсия должна оставаться однородной без расслоения. Наличие масляного слоя на поверхности или осадка на дне свидетельствует о потере стабильности.

2. Следующий важный этап — тестирование антикоррозионных свойств СОЖ, которое выполняется с применением металлической стружки по стандарту DIN 51360-2. В соответствии с требованиями стандарта стружку серого чугуна помещают в чашку Петри и добавляют 2 мг СОЖ (вода — 3,58 ммоль/л). Скорость процесса измеряется путём визуальной оценки состояния стружки после пребывания в агрессивной среде.

По словам Евгения Алимова, по стандарту время испытания составляет 2 часа, но на практике тестирование в течение 12 и даже 24 часов в некоторых случаях оказывается более репрезентативным.

3. Следующий тест позволяет оценить воздействие СОЖ на цветные металлы. Оно может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от типа жидкости и условий использования. При правильном выборе СОЖ может защитить цветные металлы от коррозии, снизить трение и нагрев, а также улучшить качество обработки. В то же время неверный выбор смазочно-охлаждающего материала может привести к окислению изделий из цветных металлов.

Чтобы избежать негативного сценария, СОЖ необходимо протестировать. Для этого пластины из алюминия и меди помещают в испытуемую среду таким образом, чтобы верхняя часть оставалась в контакте с воздухом. Через 24 часа проводится визуальный осмотр. Если цвет пластины не изменился, значит, окисления не произошло и СОЖ подходит для работы с данным видом металла.

Евгений Алимов подчеркнул, что для некоторых производств этот тест является определяющим при выборе СОЖ, поскольку для них крайне важно не допустить окисления металла в процессе производства изделия. В частности, это касается предприятий авиационной отрасли.

4. Ещё один важный вид испытаний СОЖ — оценка пенообразования. Эксперт «ФУКС ОЙЛ» напомнил, что слишком большое количество пены может приводить к различным рискам. Например, она может затруднять охлаждение и смазку в процессе обработки металла. Это, в свою очередь, приводит к перегреву инструмента и поверхности изделия, а значит, может снизить точность обработки и качество готовой детали. Кроме того, излишнее пенообразование чревато большими потерями СОЖ, а также остановкой оборудования, если на нём установлены соответствующие датчики.

Для оценки пенообразования специалисты «ФУКС ОЙЛ» используют специальный прибор KRUSS. Всего выполняется 10 циклов, в течение которых прибор оценивает высоту пены. Если она превышает норму, тест считается не пройденным.

«Иногда используется ручной тест, когда цилиндр встряхивают вручную. Он отчасти репрезентативен, но нужно понимать, что интенсивность встряхивания будет зависеть от усилий и резкости движений конкретного специалиста, который этот тест проводит. Прибор же позволяет выполнить исследование стандартизировано», — пояснил Евгений Алимов.

5. Следующий тест специалисты применяют для оценки свойств масляных продуктов, не только СОЖ, но и, например, моторных масел. Речь идёт об оценке испаряемости NOACK (Noack Evaporation). Этот показатель определяет, какое количество масла испарится при нагревании в течение одного часа при температуре 250 °C. Он отражает термическую стабильность масла, его склонность к угару и, как следствие, расход при эксплуатации.

«Измерение происходит в процентах. Чем меньше процент потери, тем ниже испаряемость. Мы понимаем, что в зоне контакта инструмента с заготовкой температуры высокие. Для каждого продукта есть свои допуски по объёму потери на испарениях. Низкое значение NOACK говорит о более качественном масле, которое лучше сохраняет свои свойства при высоких температурах и меньше расходуется», — отметил представитель «ФУКС ОЙЛ».

6. Как уже было сказано ранее, выбор СОЖ зависит от материала, при обработке которого она будет применяться. Поэтому важной составляющей оценки жидкости является проверка смазывающих свойств в зависимости от металла. Выполняется она в лабораторных условиях.

«Для этого используют пластины из различных сплавов стали и алюминия. Во время работы прибор снимает показания с нагрузки шпинделя в Ньютонах на 1 см (Н·см). Чем выше нагрузка, тем ниже смазывающие свойства СОЖ.

В среднем показатель находится в интервале от 200 до 250 Н·см. Но есть продукты, которые могут демонстрировать цифры значительно выше. Важно понимать, что у одного и того же продукта могут быть разные свойства при обработке разных сплавов. В то же время есть универсальные СОЖ, которые одинаково хорошо показывают себя и на стали, и на алюминии», — поделился наблюдениями Евгений Алимов.

7. Оценить свойства смазочно-охлаждающей жидкости также можно с использованием четырёхшариковой машины трения. Результаты теста отражают характеристики СОЖ при высоком давлении и трении, что важно для применения в машиностроении и металлообработке.

Испытание проводится в аппарате с четырьмя шариками, которые подвергаются вращению под нагрузкой. Такой тест позволяет измерить различные показатели, но, по опыту специалистов «ФУКС ОЙЛ», ключевыми являются два — диаметр пятна износа и коэффициент трения, определяющий сопротивление движению.

Контроль состояния СОЖ в процессе эксплуатации

«В лабораторных условиях можно оценить больше показателей работы смазочно-охлаждающих жидкостей, но основные мы проговорили. Что важно понимать: после выпуска с производства продукт находится условно в идеальном состоянии. Далее начинается процесс эксплуатации, в ходе которого свойства СОЖ могут меняться. Поэтому важно не только оценить параметры жидкости до приобретения и внедрения на производство, но и отслеживать состояние смазки в процессе работы», — напомнил Евгений Алимов.

В качестве ориентира он привёл таблицу, в которой указаны основные эксплуатационные характеристики водосмешиваемых СОЖ.

Комментируя таблицу, спикер пояснил, почему важно следить за параметрами СОЖ в процессе эксплуатации.

« Многие параметры, такие как концентрация СОЖ или водородные показатели, можно оперативно проверить на производстве. Но некоторые характеристики лучше оценивать в лабораторных условиях», — поделился рекомендацией Евгений Алимов. 

Доклад эксперта «ФУКС ОЙЛ» вызвал живой отклик со стороны профессиональной аудитории. На протяжении 40 минут после своего доклада он и его коллеги отвечали на вопросы специалистов предприятий из самых разных отраслей, применяющих в своей работе смазочно-охлаждающие жидкости. И эти ответы существенно дополнили общее представление о процедуре оценки свойств СОЖ.

В частности, прозвучала информация о том, почему необходимо измерять электропроводимость СОЖ. Как пояснил Евгений Алимов, превышение предельно допустимого значения этого показателя чревато негативными последствиями в виде коррозии на изделии.

«В процессе эксплуатации водосмешиваемой СОЖ происходят изменения: вода испаряется, концентрат остаётся, соли жёсткости оседают в эмульсии. Так что со временем электропроводимость жидкости будет расти. Для каждого продукта норма определяется индивидуально, в среднем она составляет от 3000 до 7000 мкСм. Самое правильное решение — запросить у производителя или поставщика пределы по контролируемым параметрам, чтобы у пользователя была внутренняя инструкция по эксплуатации», — подсказал эксперт.

Также участников конференции интересовал вопрос, как на свойства СОЖ влияет качество воды, из которой на 90-95% состоит готовая эмульсия. Ведь в различных регионах нашей страны вода имеет разную жёсткость. Представитель «ФУКС ОЙЛ» подтвердил, что её состояние играет одну из ключевых ролей в обеспечении эффективности работы смазочно-охлаждающих жидкостей.

«В нашей компании для каждого продукта есть рекомендации по свойствам воды. В среднем жёсткость должна быть в границах от 7 до 30 немецких градусов. Есть регионы, где вода мягкая, в районе 5 градусов. Тогда мы получаем хорошее эмульгирование, но возникает риск повышенного пенообразования. Если же жёсткость высокая — в нашей практике максимальный показатель был в районе 70 градусов, то есть риск проявления нестабильности эмульсии.

В таких случаях мы рекомендуем обращать внимание на водоподготовку. Корректировку мягкой воды можно выполнить за счёт добавления солей жёсткости. А для смягчения применить обратный осмос или ионный обмен», — поделился секретами Евгений Алимов.

И, наконец, один из главных вопросов, который волновал практически всех участников дискуссии: когда надо менять СОЖ полностью, а в каких случаях можно прибегнуть к методам очистки или заменить жидкость частично?

«Есть параметры, которые можно скорректировать, и их большинство. Например, если объём СОЖ в станке 30 литров, то проще произвести полную замену. Если же мы говорим про системы объёмом 50-100 кубометров, где замена СОЖ означает существенные финансовые потери, то в каждом конкретном случае нужно смотреть, можно ли исправить ситуацию за счёт частичной замены или нет.

На мой взгляд, самые критичные параметры, которые ведут к полному обновлению СОЖ, — это биопоражение и превышение параметров электропроводимости», — подвёл итог представитель компании «ФУКС ОЙЛ».