СОЖ для стали. Какой она должна быть?

Различные марки сталей отличаются процентным соотношением входящих в их состав элементов (железа, хрома, углерода, фосфора, никеля, марганца и прочих) и, как следствие, их физико-химическими характеристиками. Эти параметры напрямую влияют на качество конструкционного материала и определяют сферу его применения.

Несмотря на существующее многообразие типов стали (инструментальные, легированные, углеродистые, электротехнические, нержавеющие и многие другие), каждая из них требует применения специальной смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в процессе механической обработки. Далее мы подробно рассмотрим структуру и характеристики таких конструкционных материалов, а также критерии подбора подходящей СОЖ для различных видов стали.

Структура и основные характеристики стали

Сталь находит широкое применение во многих отраслях промышленности: авиастроении, машиностроении, медицине, сельскохозяйстве, строительстве и других. Это объясняется главным образом высокой прочностью и долговечностью данного конструкционного материала.

Сталь представляет собой сплав, в основе которого лежат железо и углерод. Углеродная составляющая определяет твердость конструкционного материала. Содержание углерода в стали не превышает 2,14 %. При превышении этого порога материал переходит в категорию чугуна, обладающего иными прочностными показателями и теплопроводностью.

Наличие дополнительных элементов в составе стали определяет ее эксплуатационные свойства. Легирующие присадки оказывают значительное влияние на показатели прочности, хрупкости и вязкости материала.

Даже небольшой процент (около 1%) таких добавок способен кардинально изменить характеристики стали, делая ее нержавеющей, инструментальной, жаростойкой или ударопрочной. Например, марка ХВГ содержит примерно по одному проценту хрома, вольфрама и марганца. Эти компоненты значительно увеличивают прочностные характеристики сплава и придают ему быстрорежущие и инструментальные свойства.

Обработка высоколегированных коррозионностойких и жаропрочных сталей сопровождается определенными сложностями. Они обусловлены присутствием углерода и значительным количеством легирующих компонентов в составе сплавов. В то же время механическое резание простых углеродистых сталей сопровождается нежелательными процессами, снижающими качество и точность производимых изделий, что требует применения специальной СОЖ.

Что затрудняет обработку стальных материалов?

Обработка стали – критически важный этап технологического цикла изготовления множества изделий. Она осуществляется различными методами: точением, фрезерованием, сверлением, развертыванием, шлифованием и другими способами.

При выполнении таких операций в зоне контакта возникает интенсивное трение. При этом происходит значительное возрастание температуры как обрабатываемой заготовки, так и режущего инструмента.

Повышенная температура инструмента провоцирует коробление, образование пористости и растрескивание поверхностных слоев, появление неровностей на них. Одновременно ускоряется износ режущего инструмента.

Корни этих проблем лежат в физических свойствах самой стали (побочные эффекты особенно ярко проявляются при обработке высоколегированных сталей).

Рассмотрим детально трудности, возникающие при обработке сплава. В качестве наглядного примера возьмем нержавеющую сталь.

Обработка нержавеющей стали связана со следующими проблемами:

• В нагреваемой зоне возникают пластические деформации, стружка прилипает к режущей кромке инструмента
• Недостаточная теплопроводность в сочетании с локальным нагревом в области контакта приводит к температурным градиентам внутри заготовки, образованию термических трещин и деформации
• Тенденция материала к наклепу (упрочнению) в области воздействия режущего инструмента вызывает ускоренный износ последнего, требуя применения высокопрочных материалов для его изготовления
• В состав нержавеющей стали входят карбидные включения с высокими абразивными свойствами, которые активно воздействуют на режущую способность инструмента и уменьшают срок его службы

Применение правильно подобранной СОЖ позволяет минимизировать брак производимой продукции и продлить ресурс режущего инструмента.

Основные характеристики и функции СОЖ для стали

Для снижения трения при механической обработке стали необходимо использовать СОЖ, которая обеспечивает одновременно эффективное охлаждение и смазывание контактирующих поверхностей заготовки и режущего инструмента, а также удаляет образующуюся стружку из зоны резания.

В состав такой жидкости входят смазочные компоненты. Они создают прочную защитную пленку, разделяющую поверхность заготовки и режущую кромку инструмента. Благодаря этому снижается коэффициент трения в месте контакта. Здесь критически важны вязкостные характеристики СОЖ.

Вода, присутствующая в составе рабочих жидкостей, интенсивно отводит тепловую энергию. Такой эффект достигается за счет высокой теплопроводности воды и постоянной циркуляции жидкости. Это позволяет существенно снизить риск брака, вызванного локальным перегревом заготовки.

Моющие характеристики СОЖ обеспечивают удаление стружки и других отходов обработки из зоны резания с последующим их отведением в отстойник.

Рабочие жидкости, применяемые при обработке стальных материалов, должны выполнять ряд дополнительных функций. Для этого их состав дополняют различными функциональными присадками.

Так, антикоррозионная присадка защищает углеродистые стали и стали с содержанием хрома менее 11% от ржавления и окисления.

Противозадирные присадки образуют дополнительный защитный слой между трущимися поверхностями. Такие компоненты предотвращают схватывание и прилипание материала заготовки к режущей кромке, что исключает появление дефектов в производимых изделиях.

Противоизносные присадки замедляют процесс стирания режущей кромки и уменьшают интенсивность ее износа.

Критерии выбора оптимальной СОЖ для обработки стали

Для подбора наиболее подходящей СОЖ при обработке стали необходимо учитывать следующие параметры:

• Характеристики и тип обрабатываемого материала
• Вид выполняемой технологической операции
• Скоростные параметры обработки
• Метод подачи СОЖ в зону резания
• Режим обработки (непрерывный или прерывистый)

Окончательное решение о выборе конкретной СОЖ для использования на предприятии принимает технолог. Он проводит анализ требований технологического процесса и сопоставляет их с заявленными характеристиками продукта.

Существуют также универсальные СОЖ, которые могут применяться при выполнении различных видов технологических операций с разнообразными металлами и сплавами.

ЭФЕЛЕ CF-640 – многофункциональная водосмешиваемая СОЖ

Водосмешиваемая СОЖ EFELE CF-640 производства компании "Эффективный Элемент" предназначена для применения при обработке широкого спектра металлов и сплавов, включая труднообрабатываемые высоколегированные и нержавеющие стали.

За счет сбалансированного состава продукт демонстрирует отличные смазочные, охлаждающие и моющие свойства. EFELE CF-640 производится без использования хлора, формальдегидов и вторичных аминов, что обеспечивает безопасность для работников предприятия.

При применении в рекомендуемых концентрациях (для разных видов обработки устанавливаются определенные концентрационные параметры) EFELE CF-640 гарантирует надежную защиту оборудования и производимой продукции от коррозионных процессов.

Противозадирные компоненты в составе СОЖ обеспечивают высокую точность обработки и отличное качество поверхностей производимых компонентов. Продукт характеризуется высокой устойчивостью к микробиологическому поражению и пенообразованию.

EFELE CF-640 применяется при обработке алюминия, меди и медных сплавов, различных марок стали (включая высоколегированную и нержавеющую), чугуна, а также может использоваться при резании титановых заготовок.

Средство выпускается в различных фасовках: 18 кг, 180 кг и 900 кг.