СОЖ: виды, концентрация и проверка рефрактометром
СОЖ бывает четырёх основных видов: масляная без воды, эмульсия на минеральном масле, синтетическая и полусинтетическая. Для водосмешиваемых СОЖ рабочий ориентир составляет 3–8 % концентрата, но точное значение указано в техническом описании конкретного продукта. Показание рефрактометра само по себе ещё не концентрация: его нужно умножить на коэффициент этой СОЖ.
Виды СОЖ
| Вид | Состав | Лучше для | Хуже для |
|---|---|---|---|
| Масляная | Минеральное масло с присадками, без воды | Резьбонарезание, протягивание, зубонарезание, vc до 50 м/мин | Высокие скорости; есть риск по температуре вспышки |
| Эмульсия | Концентрат с маслом, в работе 3–10 %, молочная | Сталь и чугун на средних скоростях | Операции, где нужны лучшее охлаждение или смазка |
| Синтетическая | На водной основе, без минерального масла, прозрачная | Алюминий, шлифование, высокие скорости | Низкие скорости, где важна смазка |
| Полусинтетическая | Немного масла и синтетические присадки | Участки с разными материалами | Выраженных ограничений нет, сверяйте по описанию |
Названия типов у производителей различаются, поэтому сверяйте состав и назначение по техническому описанию. Концентрацию считают как долю концентрата в воде по объёму, а не как долю масла.
Что важнее: смазка или охлаждение
От скорости резания зависит, какая функция СОЖ работает сильнее. Ориентиры для стали:
- До 80 м/мин. Важнее смазка: поэтому резьбу нарезают на масляной СОЖ.
- 80–120 м/мин. Плавный переход.
- Выше 120 м/мин. Важнее охлаждение, поэтому при быстром точении работают на водосмешиваемых СОЖ.
Рабочая концентрация и контроль
| Показатель | Ориентир | Ниже | Выше |
|---|---|---|---|
| Концентрация | 3–8 %, чёрные металлы 5–8 % | ржавчина, рост бактерий, хуже смазка | пена, остатки на деталях, перерасход |
| pH | 8,5–9,2 | рост бактерий, хуже защита от коррозии | пятна на алюминии и цинке |
| Постороннее масло | до 2 % | норма, продолжать удаление | эмульсия теряет стабильность |
Границы у источников немного различаются: верхний предел pH называют и 9,2, и 9,5, а для постороннего масла предел, после которого эмульсия начинает терять стабильность, составляет 2–5 %. Для алюминия и жаропрочных сплавов рабочая концентрация может быть другой, смотрите описание СОЖ. На водосмешиваемой СОЖ режущие метчики обычно требуют EP-присадок и повышенной концентрации, ориентир 5–8 %, а значение зависит от метчика и покрытия. Для нержавеющей стали и титана также подходит масляная СОЖ.
Минимальный режим контроля: концентрация и pH раз в неделю, осмотр на постороннее масло каждый день. Записывайте показания, долив и добавки: журнал покажет, когда систему пора менять.
Вода тоже влияет на СОЖ. По данным Blaser Swisslube жёсткая вода с кальцием и магнием выше примерно 400 ppm (dH 22) дестабилизирует эмульсию. Для точных работ используют умягчённую или деионизированную воду.
Как проверять рефрактометром
Порядок для ручного прибора. Смотрите также инструкцию к своему.
- Выставьте ноль. На призму капните дистиллированную воду, закройте крышку и настроечным винтом совместите показание с нулём. Инструкция требует делать это при 20 °C.
- Очистите призму и капните 1–2 капли пробы.
- Закройте крышку, слегка прижмите и найдите на шкале границу между светлым и тёмным полем.
- Умножьте показание на коэффициент из описания СОЖ. Если шкала прибора уже проградуирована в процентах, а не в Brix, уточните у поставщика СОЖ, нужен ли пересчёт.
- Очистите призму дистиллированной водой и мягкой тканью. Сам прибор под водой не промывают.
Если температура проб часто меняется, ноль выставляют чаще: инструкции ручных приборов называют, например, каждые 30 минут.
Концентрация, % = показание рефрактометра · коэффициент
Коэффициент зависит от продукта. В справочных материалах встречаются диапазоны 1,0–1,8 и 1,0–2,5, поэтому берите значение только из технического описания вашей СОЖ и не переносите его на другую.
Пример. Показание 2,5, коэффициент 1,5: концентрация 2,5 · 1,5 = 3,75 %. Если вести учёт с коэффициентом 1,0, вы получите 2,5 %, то есть занижение на треть. Если взять 1,5 для СОЖ с коэффициентом 1,0, показание будет завышено на 50 %.
Чем доливать бак
Вода из бака испаряется, а концентрат нет. Поэтому доливают заранее приготовленный раствор слабее рабочего: FUCHS называет обычно 1/3–1/2 исходной концентрации. Чистый концентрат быстро поднимает концентрацию и делает эмульсию нестабильной, а чистой водой доливать нельзя. Концентрацию после долива проверяют рефрактометром.
Постороннее масло и бактерии
Постороннее масло попадает в бак через направляющие и гидравлику. Оно закрывает поверхность, создаёт условия для анаэробных бактерий и мешает фильтрации.
- Скиммер снимает свободно плавающее масло и работает постоянно.
- Коалесцентный сепаратор добавляют, когда скиммера не хватает.
- Центрифуга нужна при большой нагрузке постороннего масла, она убирает и эмульгированное масло.
Признаки загрязнения бактериями обычно появляются в таком порядке: pH падает с 9,0 в сторону 7,5, появляется запах сероводорода, затем темнеет цвет, образуется биоплёнка на стенках, на деталях появляются пятна. Если запах уже есть, обычной дозировки биоцида часто недостаточно. Применение биоцидов согласуйте с техническим описанием и паспортом безопасности.
Когда менять СОЖ
Сроки ниже служат отправной точкой, а не правилом:
| Вид | Ориентир |
|---|---|
| Синтетическая | 6–12 месяцев |
| Полусинтетическая | 4–8 месяцев |
| Эмульсия | 3–6 месяцев |
Менять систему раньше обычно нужно, если:
- pH ниже 8,0 и не возвращается после корректировки (для СОЖ с другим рабочим диапазоном смотрите описание);
- постороннего масла больше 5 % после его удаления;
- запах сохраняется после обработки биоцидом;
- есть биоплёнка;
- на деталях остаются пятна или коррозия, и корректировка концентрации и pH не помогает.
Перед заправкой бак нужно очистить: удалить стружку и биоплёнку, прогнать через систему щелочной очиститель концентрацией 2–5 % в течение 4–24 часов при работающем оборудовании, промыть водой и только потом заливать свежую СОЖ. Без очистки остатки биоплёнки заражают новую заправку за считанные дни.
Какие сочетания требуют осторожности
Ниже ограничения, связанные с материалом и инструментом.
| Сочетание | Что происходит | Что взять |
|---|---|---|
| Хлор в присадках и аустенитная или дуплексная сталь | Риск коррозионного растрескивания | СОЖ без хлора |
| Активная сера и медь, латунь, бронза | Окрашивание и коррозия | Присадки без активной серы |
| pH выше 9,5 и алюминий | Травление поверхности | СОЖ для алюминия с pH 7,5–9,0 или нейтральная синтетика |
| Серый чугун и обильная подача СОЖ | Абразивная паста из стружки и графита изнашивает направляющие | Обычно предпочитают сухую обработку с обдувом; для высокопрочного чугуна СОЖ бывает полезна |
| Керамика SiAlON и случайная или прерывистая подача СОЖ | Риск разрушения от теплового удара | Режим задаёт производитель пластины: есть и сухая обработка, и работа с обильной подачей СОЖ |
| CVD-пластина и прерывистая подача СОЖ | Термические трещины и отслоение покрытия | Либо всухую, либо постоянная подача с начала резания |
Как узнать термические трещины на пластине, показано в статье про износ пластин.
Безопасность и утилизация
Требования к работе с конкретной СОЖ, средствам защиты, хранению и первой помощи указаны в её паспорте безопасности: начинайте с него. Вместе со средствами защиты применяют технические меры: закрытую зону станка и отсос тумана. Перед заменой биоцида или присадки сверяйте новый продукт с паспортом.
Отработанная водосмешиваемая СОЖ в большинстве стран относится к регулируемым отходам. Порядок утилизации уточняйте по требованиям своего региона, а отработанную СОЖ не смешивайте с гидравлическими и направляющими маслами: это может изменить класс отхода.
Как СОЖ влияет на выбор режимов, смотрите в статьях режимы сверления, точение нержавеющей стали и фрезы по алюминию. Общий порядок назначения режимов описан в статье как выбрать режимы резания.
Частые вопросы
Какая концентрация СОЖ нужна?
Обычно рабочий ориентир составляет 3–8 %, для общей обработки чёрных металлов чаще называют 5–8 %. Точное значение указано в техническом описании конкретной СОЖ и зависит от операции.
Как определить концентрацию СОЖ рефрактометром?
Выставьте ноль по дистиллированной воде, капните на призму 1–2 капли пробы, снимите показание и умножьте его на коэффициент рефрактометра из технического описания СОЖ. Например, показание 2,5 при коэффициенте 1,5 означает концентрацию 3,75 %.
Какие бывают виды СОЖ?
Основных видов четыре: масляная без воды, эмульсия на минеральном масле, синтетическая на водной основе и полусинтетическая. Они различаются балансом смазки и охлаждения и подходят для разных операций и материалов.
Можно ли доливать в бак концентрат?
Нет. Вода испаряется, а концентрат остаётся, поэтому и чистый концентрат, и раствор рабочей крепости постепенно поднимают концентрацию. Доливают заранее приготовленный более слабый раствор: FUCHS называет обычно 1/3–1/2 исходной концентрации. Чистой водой тоже не доливают. Точное значение указано в описании СОЖ, а результат проверяют рефрактометром.
Почему СОЖ плохо пахнет?
Обычно это признак развития бактерий. Запах появляется поздно: раньше заметно падение pH, поэтому его полезно проверять каждую неделю. Падение более чем на 0,5 за неделю указывает на бактериальную активность.
Как часто менять СОЖ?
Ориентиры: синтетика 6–12 месяцев, полусинтетика 4–8 месяцев, эмульсия 3–6 месяцев. Решение о замене принимают по результатам контроля: концентрации, pH, постороннему маслу и запаху, а не только по календарю.
Источники
- База знаний Metalworking Knowledge: Cutting Fluid Types and Selection; Coolant Maintenance and Lifecycle; MWF Health, Safety, and Environmental Compliance
- Blaser Swisslube, Cutting Fluid Handbook: коэффициент рефрактометра, постороннее масло, жёсткость воды (приведено по базе знаний)
- FUCHS, Metalworking fluids instructions: долив бака и коэффициент рефрактометра
- Инструкция к ручному рефрактометру: порядок измерения