Жидкости для шлифования: Типы, применение и лучшие практики

I. Требования к шлифовальным жидкостям

Шлифовальные жидкости в основном используются для снижения температуры шлифования, улучшения качества обрабатываемой поверхности, повышения эффективности шлифования, продления срока службы круга, а также для предотвращения подгорания, растрескивания и термической деформации заготовок. С точки зрения улучшения эффекта шлифования шлифовальные жидкости должны выполнять следующие функции:

1. Охлаждающий эффект

Охлаждающий эффект шлифовальных жидкостей в основном отводит тепло от зоны шлифования, снижая температуру шлифования.

2. Смазочный эффект

Шлифовальные жидкости могут проникать между абразивными зернами и поверхностью заготовки, прилипать к металлической поверхности, образуя смазочную пленку, уменьшать трение между абразивными зернами и поверхностью заготовки, улучшать режущие свойства круга и получать меньшее значение шероховатости поверхности.

3. Эффект очистки и смыва стружки

Жидкости для шлифования обладают высокой текучестью и могут быстро смывать стружку и упавшие абразивные зерна через канавку для удаления стружки.

4. Эффект предотвращения ржавчины

Добавление ингибиторов ржавчины в шлифовальные жидкости может образовывать защитную пленку на поверхности металла, предохраняя заготовку и станок от ржавления в течение определенного периода времени.

Помимо вышеперечисленных свойств, шлифовальные жидкости должны быть нетоксичными, не иметь запаха, не раздражать кожу, не вызывать коррозии, быть химически стабильными, устойчивыми к порче и разрушению, не пениться, легко обрабатываться и перерабатываться, а также не загрязнять окружающую среду.

Для улучшения характеристик шлифовальных жидкостей обычно используются присадки, в том числе присадки для повышения маслянистости, присадки для работы при экстремальных давлениях, ингибиторы ржавчины, антипенные присадки и эмульгаторы.

Некоторые распространенные методы подачи жидкости включают: метод заливки, метод охлаждения под высоким давлением, метод подачи внутреннего охлаждения, ультразвуковой метод подачи и метод пропитки колес.

II. Виды и применение шлифовальных жидкостей

Существует множество типов жидкостей для шлифования, которые обычно делятся на две основные категории: водорастворимые жидкости для шлифования и маслорастворимые жидкости для шлифования. Водорастворимые шлифовальные жидкости можно дополнительно разделить на: эмульсии, прозрачные водные растворы и водные растворы электролитов.

Основным компонентом водорастворимых шлифовальных жидкостей является вода, в которую добавляются другие присадки. Они обладают отличным охлаждающим эффектом, просты в приготовлении, экономичны и не вызывают загрязнения окружающей среды.

Основными компонентами маслорастворимых шлифовальных жидкостей в основном являются минеральные масла. Обычные минеральные масла - это минеральные масла низкой или средней вязкости с добавлением ингибиторов ржавчины. Например, жирные кислоты добавляют в машинное масло, легкое дизельное топливо или керосин для улучшения смазки.

Кроме того, в шлифовальные жидкости добавляют присадки, содержащие такие элементы, как сера, хлор и фосфор, для получения масел, работающих под высоким давлением, которые обладают лучшими проникающими и смазывающими способностями и подходят для процессов, требующих малых значений шероховатости поверхности.

Маслорастворимые шлифовальные жидкости обладают хорошей адгезией, могут изолировать воздух и предотвращать нежелательные химические реакции, такие как окисление и гидролиз в зоне шлифования. Например, круги CBN склонны реагировать с водой при высоких температурах, поэтому для высокоскоростного шлифования кругами CBN следует использовать маслорастворимые шлифовальные жидкости.

Маслорастворимые шлифовальные жидкости используются для повышения скорости и интенсивности шлифования, особенно подходят для шлифования кругов CBN. Маслорастворимые шлифовальные жидкости, изготовленные на основе остаточных минеральных масел, обычно используются в качестве охлаждающих и смазочных жидкостей, которые быстро стареют в горячих условиях. При правильном выборе качества круга маслорастворимые шлифовальные жидкости подходят для большинства операций шлифования.

Синтетические маслорастворимые шлифовальные жидкости обладают хорошими характеристиками и стабильностью к старению, имеют более высокую температуру вспышки при низкой вязкости, подходят для высокопроизводительных процессов шлифования. По сравнению с обычными маслорастворимыми жидкостями для шлифования стоимость синтетических жидкостей для шлифования увеличивается примерно в два раза.

1. Преимущества маслорастворимых шлифовальных жидкостей

• Благодаря хорошей смазке они требуют меньшей мощности.
• Удвойте скорость измельчения при той же мощности.
• Меньший износ колес, увеличенные интервалы между заправками.
• Высокое качество поверхности.
• Можно регулярно поддерживать чистоту с помощью надлежащей обработки.
• Практически не требует обслуживания.
• Не содержит биоцидов, не восприимчив к бактериальному или грибковому заражению.

2. Недостатки маслорастворимых шлифовальных жидкостей

• Воспламеняется и взрывоопасен (при смешивании с воздухом в объемных долях от 0,6% до 7%).
• Машины должны быть полностью закрыты.
• Должны иметь устройства для удаления масляного тумана и взрывозащищенные двери.
• Должны быть оборудованы системами углекислотного пожаротушения.
• Из-за низкого теплоотвода требуется вдвое больше смазочно-охлаждающей жидкости.
• Уплотнения, трубы и кабели должны быть маслостойкими.

В таблице 1 приведено сравнение характеристик различных шлифовальных жидкостей; в таблице 2 указаны состав, свойства и рекомендации по применению распространенных шлифовальных жидкостей для справки при выборе.

Таблица 1 Сравнение производительности различных шлифовальных жидкостей

Таблица 2 Состав, характеристики и инструкции для распространенных шлифовальных жидкостей

III. Твердые шлифовальные агенты

Помимо вышеперечисленных шлифовальных жидкостей, для шлифования труднообрабатываемых материалов в качестве добавок иногда используются твердые шлифовальные агенты. Твердые шлифовальные агенты в основном служат наполнителями для шлифовальных кругов. Например, использование криолита в качестве наполнителя для шлифовальных кругов дает хорошие результаты при шлифовании нержавеющей стали. Графит, дисульфид вольфрама и дисульфид молибдена также могут использоваться в качестве твердых шлифовальных агентов.

Например, при шлифовании инструментальных сталей с высоким содержанием легирующих элементов шлифование становится более сложным, особенно сухое шлифование, при котором заготовка подвержена прижогам и трещинам. Для решения этой проблемы можно использовать смесь дисульфида молибдена и спирта для смачивания шлифовального круга перед сухим шлифованием. Это позволяет улучшить качество поверхности обработанной детали и повысить эффективность шлифования в 2 раза. В целом процесс пропитки прост, недорог и легко внедряется.

Дисульфид молибдена также может использоваться в качестве добавки при резании для повышения смазывающей способности шлифовальных жидкостей. Его можно добавлять в машинное масло или керосин при массовой доле дисульфида молибдена 10% и нейтрального мыла от 4% до 5%.

IV. Правильное использование шлифовальных жидкостей

• Шлифовальную жидкость следует наливать непосредственно на зону контакта шлифовального круга с заготовкой.
• Поток шлифовальной жидкости должен быть достаточным и равномерно распыляться по всей ширине шлифовального круга для достижения эффекта охлаждения.
• Шлифовальная жидкость должна впрыскиваться в зону шлифования с достаточным давлением, чтобы обеспечить хорошее очищающее действие и предотвратить засорение поверхности круга в зоне шлифования обломками шлифовального материала.
• Правильно установите брызгозащитные кожухи, чтобы предотвратить разбрызгивание шлифовальной жидкости из шлифовального станка.
• Поддерживайте определенный уровень жидкости в смазочно-охлаждающая жидкость танк.
• Шлифовальную жидкость следует регулярно очищать, минимизируя содержание в ней обломков и абразивных частиц. Испорченную шлифовальную жидкость следует незамедлительно заменить. Для сверхточного шлифования можно использовать специализированные фильтрующие устройства.
• Обеспечьте бесперебойную подачу шлифовальной жидкости и предотвратите засорение каналов подачи жидкости, вызванное мусором. Незамедлительно удаляйте засорившиеся частицы.
• Не вводите в резервуар для жидкости посторонние предметы.
• В летний период уделяйте особое внимание тому, чтобы эмульсия не разъедала обрабатываемые детали и поверхности стола станка. Концентрация эмульсии может быть выше.
• Не допускайте попадания шлифовальной жидкости в глаза, и особенно избегайте попадания нитрита натрия в глаза или вдыхания жидкости для резки. Берегите свое здоровье.
• Воспитание экологической сознательности.

V. Методы подачи шлифовальной жидкости

Во время шлифования шлифовальная жидкость часто испытывает трудности с попаданием в зону шлифования. Основная причина заключается в том, что при вращении шлифовального круга вокруг него также возникает вращающийся воздушный поток. Чем выше скорость, тем сильнее влияние воздушного потока. Кроме того, препятствие в виде защитного кожуха круга увеличивает динамическое давление воздушного потока.

1) Общим методом подачи шлифовальной жидкости является заливка. Для повышения эффективности метода заливки часто принимаются следующие меры:

• Расположите насадку как можно ближе к зоне шлифования.
• Установите на насадку защитный кожух или дефлекторы воздушного потока.
• Увеличьте расход шлифовальной жидкости. Как правило, расход не должен быть меньше 0,5 л/мин на 1 мм ширины. При высокоскоростном шлифовании с увеличением скорости вращения круга расход также должен соответственно увеличиваться и составлять не менее 2-3 л/мин.
• Защитные кожухи колес часто снижают эффективность подачи жидкости, поэтому положение форсунки должно быть как можно дальше от отверстия в кожухе, либо необходимо улучшить конструкцию кожуха.

2) При высокоскоростном шлифовании поток воздуха вокруг круга также увеличивается. Для повышения эффективности подачи жидкости часто принимаются следующие меры:

• Увеличьте объем подачи шлифовальной жидкости и давление распыления.
• Уменьшите площадь контакта выходного отверстия форсунки при соответствующем увеличении ширины выходного отверстия. Это позволяет повысить скорость распыления и дальность охлаждения, а также уменьшить разбрызгивание жидкости, вызванное высокоскоростным воздушным потоком.
• Отрегулируйте направление распыления.

VI. Методы фильтрации шлифовальных жидкостей

Жидкости для шлифования необходимо регулярно очищать. Примеси, такие как стружка и свободные абразивные частицы, образующиеся во время процесс измельчения Приводят к ухудшению качества шлифовальной жидкости, что не только влияет на качество заготовки и царапает обработанную поверхность, но и нарушает гигиену окружающей среды.

Особенно при шлифовании, требующем высокой точности и низкой шероховатости поверхности, требования к фильтрации и очистке шлифовальных жидкостей становятся все более жесткими. К распространенным устройствам фильтрации и очистки относятся осадительные фильтры с металлической сеткой, центробежные фильтры, магнитные фильтры, бумажные фильтры и циклонные сепараторы. Различные устройства для очистки шлифовальных жидкостей приведены в таблице 3.

Таблица 3 Различные устройства для очистки шлифовальной жидкости

Тип фильтра		Циклонный сепаратор	Магнитный фильтр	Бумажный фильтр	Центробежный фильтр	Металлический сетчатый осадочный фильтр
Эффективность очистки	Производительность очистки/(л/мин)	12.5～100	25～100	<25	<50
	Скорость очистки (%)	95	Возбужденный 99, Не возбужден 87
	Размер частиц/мкм	3～40	<74	2～10		>100
Экономический эффект	Потребляемая мощность/кВт	0.6～1.1	0.12	0.12	0.17
	Продолжительность использования смазочно-охлаждающей жидкости	Длинный	Относительно долго	Длинный	Короткие	Самый короткий
	Материал фильтра	Нет потребления		Высокое потребление
	Стоимость оборудования	Относительно низкий	Относительно высокий	Относительно высокий	Относительно высокий	Низкий
Напольное пространство		Не требует места	Не требует места	Относительно немного	Относительно немного	Относительно немного
Шум		Нет	Немного	Нет	Относительно высокий	Нет
Возможность фильтрации немагнитных примесей		Возможно	Невозможно	Возможно	Возможно
Возможность фильтрации при очень высокой вязкости среды		Невозможно	Возможно	Возможно	Возможно
Континуитет		Возможно	Возможно	Невозможно	Уборка раз в смену	Уборка раз в смену
Структурная сложность		Простой	Комплекс	Относительно сложный	Комплекс
Потеря потока		Относительно большой	Относительно большой	Большой	Относительно небольшой

VII. Проблемы, возникающие при использовании шлифовальных жидкостей, и их решение

При использовании шлифовальных жидкостей часто не достигаются ожидаемые результаты или возникают неожиданные проблемы, такие как высокие значения шероховатости поверхности, короткий срок службы круга, низкая эффективность обработки и т. д.; существуют также проблемы управления шлифовальными жидкостями, такие как коррозия шлифовальных жидкостей, ржавчина на заготовках и станках и т. д.; существуют также проблемы безопасности и здоровья, например, у операторов развивается дерматит. При возникновении этих проблем обратитесь к таблице 4, чтобы проанализировать причины и принять соответствующие меры.

Таблица 4 Проблемы, возникающие при использовании шлифовальных жидкостей, и соответствующие меры