Ve všech oblastech průmyslu se dnes věnuje velká pozornost ekologii...
Ekologičtější strojírenství: Kapaliny pro obrábění mění svou tvář
Stejná situace je i ve strojírenství, kde je rovněž kladen patřičný důraz na vytváření a zlepšování životního a pracovního prostředí.
Při obrábění kovů v průmyslu se uplatňují řezné oleje či emulze. Nasazení těchto produktů ale provázejí problémy: dostávají se do styku s obsluhou, a unikají do okolí. Proto se pro řezné kapaliny připravují stále přísnější bezpečnostní a hygienické předpisy. Reakcí na danou skutečnost jsou změny složení kapalin, vznik jejich nových typů, přesuny preferencí uživatelů mezi typy kapalin a také odklon od klasických řezných kapalin k "mikrometrůazání" nebo obrábění za sucha. Velký význam ve strojírenství hraje třískové obrábění materiálu, při němž se na užívané chladicí mazací kapaliny kladou náročné požadavky. Podívejme se nyní, v kontextu s tímto zaměřením, na jednotlivé trendy vývoje.
OBRÁBĚNÍ NA SUCHO
Při obrábění řezné kapaliny slouží pro chlazení a mazání v oblasti řezu, tepelný proces totiž značně ovlivňuje životnost nástroje. Kapaliny se používají i při odstraňování třísek a zlepšení jejich lámavosti. Proti této realitě stojí argumenty zastánců obrábění na sucho: znečištěná pracovní prostředí, alergie osob či onemocnění pokožky, absence kvalifikovaného personálu. Legislativa proto požaduje nákladná opatření k eliminaci znečišťování, skladování a likvidaci upotřebených obráběcích kapalin. Výrobci nástrojů, spolu s uživateli, už dokázali vyřešit v případě některých typů obráběcích operací (soustružení, frézování) problémy spojené s tímto technologickým směrem. Přesto ještě zůstávají u jednotlivých operací otevřené otázky, např. odvod třísek při hlubokém vrtání, chlazení nástrojů, obrobků i obráběcích strojů apod.
ZMĚNA RECEPTUR KAPALIN MÍSITELNÝCH S VODOU
Používání chladicích mazacích kapalin mísitelných s vodou s alkalickým pH a obsahem povrchově aktivních látek může způsobit výskyt kožních chorob. Proto se firmy, zabývající se vývojem a prodejem těchto výrobků, zaměřily na "verze", které by respektovaly lidské zdraví, a nabídly potřebnou kvalitu a bezpečnost při obrábění. Ke kladnému ohlasu v tomto směru mohou přispět nové kapaliny s nízkou hodnotou pH. Tyto kapaliny mísitelné s vodou mají hodnoty pH mezi 7,0 až 5,5. Pomocí pH blízkého pokožce se snižuje relativní koncentrace aktivní zásady na méně než 5 %. I čisté koncentráty byly zařazeny jako "látka neškodná".
Několikaměsíční praktické nasazení při obrábění na moderních CNC strojích ukázalo v praxi, že u takto koncipovaných kapalin se dosáhla dobrá snášenlivost s pokožkou, a tím i zlepšil řezný a mazací účinek. Dalším plusem je jejich multifunkční nasazení, jelikož se hodí pro širokou škálu materiálů: od běžné litiny a ocelových slitin až po hliníkové slitiny pro letectví a barevné kovy.
MAZÁNÍ MALÝM MNOŽSTVÍM A MAZÁNÍ MINIMÁLNÍM MNOŽSTVÍM MAZIVA
Na první pohled se obě metody liší spotřebou chladicí mazací kapaliny. V prvním případě množství nepřekročí 2 litry za minutu. Druhá varianta omezuje spotřebu na 50 ml za minutu, odpadá při ní chlazení, jakož i odvod třísek pomocí média. Systém pro mazání minimálním množstvím spočívá v přeměně chladicí mazací kapaliny na jemné kapičky, které na místa účinku dopadají ve formě aerosolu. Velké množství systémů v kombinaci s rozdílnými mazivy vytváří diferencovaná spektra kapiček, jejichž vliv na dýchací orgány pracovníků se pečlivě testuje. Výběr vhodných chladicích mazacích kapalin je proto důležitý.
U obrábění se v praxi uplatní i přírodní maziva a oleje nebo estery a mastné alkoholy. Při mazání minimálním množstvím se chladicí mazací látka kompletně spotřebuje ve formě mlhy a aerosolu na pracovním místě, proto se klade důraz na toxikologickou nezávadnost. Z tohoto důvodu se osvědčily esterové oleje a mastné alkoholy s podílem toxikologicky nezávadných přísad. Přírodní oleje a maziva jsou oxidačně velmi nestabilní.
Při procesech se vznikem vysokých teplot jsou proto lepší esterové oleje a mastné alkoholy, aby se netvořily pryskyřičnaté povlaky na nástrojích a strojích. Mastné alkoholy mají při stejné viskozitě nižší bod vzplanutí než esterové oleje. Odpaří se relativně rychle, přičemž se dosáhne chladicího účinku. Proti esterovým olejům je jejich mazací účinek relativně nízký, tudíž se u třískového obrábění nasazují hlavně tam, kde převládají požadavky na mazací účinky nad účinkem chladicím.
Esterové oleje se u třískového obrábění užívají nejvíce pro mazací účinek mezi obrobkem a nástrojem a odcházejícími třískami. Při nízké viskozitě totiž disponují vysokým destilačním rozsahem a bodem vzplanutí. Tím se zajistí, že na pracovišti ubude výparů, zbylý tenký film na obrobku má zároveň protikorozní účinek. Vedle toho jsou esterové oleje i biologicky dobře odbouratelné.
Uvedené poznatky ukazují, že vedle výhod mazání minimálním množstvím je třeba výzkum obrátit zvláště na vznik aerosolů a výparů, odvod třísek (konstrukční změny obráběcích strojů), protipožární ochranu a optimalizaci maziv na jednotlivé typy obráběcích procesů.
POUŽITÍ OLEJŮ MÍSTO CHLADICÍCH MAZACÍCH KAPALIN MÍSITELNÝCH S VODOU
Tento trend se objevil na začátku 90. let minulého století u předních německých automobilových výrobců. Ti chtěli zmírnit nárůst provozních nákladů, způsobený novou legislativou při používání klasických kapalin mísitelných s vodou. Proto formulovaly nové požadavky na výrobce obráběcích kapalin, které zněly:
vodou nemísitelné chladicí mazací prostředky pro třískové obrábění a všechny materiály používané v automobilovém průmyslu,
nízká viskozita, aby se redukovaly ztráty výnosem na třískách a na obráběných součástech,
nízká tvorba mlhy a nízká odpařivost do pracovního prostředí,
minimální nebezpečí pro vodu,
multifunkčnost - např. použitelnost i jako hydraulický olej, kalicí olej apod.
Jako první přišly produkty ve formě tzv. rodiny kapalin pro obráběcí stroje. Kapaliny, umožňující mazání všech míst na obráběcím stroji včetně chlazení obrobku a mazání nástroje, se vyznačovaly stejnou aditivací základových olejů, ale měly rozdílné viskozity. Ty byly pro existující strojový park nevyhnutné, neboť dnešní technika ve strojírenství požaduje pro jednotlivá mazací místa, jako jsou hydraulika, kluzné plochy, převodovky a vřetena, určitou minimální viskozitu. Racionalita rodiny kapalin se projevila i v jejich vhodnosti pro různé třískové obráběcí procesy a materiály. Prvně (r. 1994) tuto filozofii uplatnila u výroby motorů nákladních automobilů firma DaimlerChrysler AG Mannheim. A přinesla nemalé úspory: netěsnosti v hydraulice neměly negativní vliv na kvalitu používaného řezného oleje. Kvůli rozdílným viskozitám zůstala ještě nedořešena vnitropodniková recyklace. Trend k nízkoviskózním řezným olejům vyžadoval změnu v oblasti hydrauliky, dnes provozovanou většinou kapalinami viskozitní třídy ISO VG 46.
Dalším příkladem "efektivní" obráběcí kapaliny je univerzální Unifluid s nízkou viskozitou. Coby chladicí mazací kapalina se hodí pro 80 % třískových obráběcích procesů, a zároveň jako hydraulický olej v obráběcím stroji. Při vývoji se musely spojit rozdílné požadavky na hydraulické oleje podle DIN 51524 a VDMA 24568 a na řezné oleje podle potřeb klientů. Zároveň, s ohledem na snášenlivost se životním prostředím a pracovní hygienu, se kladl důraz na toxikologickou a ekotoxikologickou nezávadnost. Základní surovinou byly zvoleny esterové oleje, neboť z pohledu ochrany prostředí a zdraví mají výrazně nižší odpařivost než ekviviskózní ropné oleje, a speciální skupina přísad. Jejich použitím je pracovník na pracovišti méně exponovaný a prostředí více chráněno před emisemi.
Závěrem lze říci, že všechny uvedené trendy mají svůj význam. O tom, kdy který využít, rozhoduje praxe u konkrétního uživatele, jakož i transfer získaných poznatků do průmyslové praxe, který časem odhalí přednosti i nedostatky nově načerpaných zkušeností.
Při obrábění kovů v průmyslu se uplatňují řezné oleje či emulze. Nasazení těchto produktů ale provázejí problémy: dostávají se do styku s obsluhou, a unikají do okolí. Proto se pro řezné kapaliny připravují stále přísnější bezpečnostní a hygienické předpisy. Reakcí na danou skutečnost jsou změny složení kapalin, vznik jejich nových typů, přesuny preferencí uživatelů mezi typy kapalin a také odklon od klasických řezných kapalin k "mikrometrůazání" nebo obrábění za sucha. Velký význam ve strojírenství hraje třískové obrábění materiálu, při němž se na užívané chladicí mazací kapaliny kladou náročné požadavky. Podívejme se nyní, v kontextu s tímto zaměřením, na jednotlivé trendy vývoje.
OBRÁBĚNÍ NA SUCHO
Při obrábění řezné kapaliny slouží pro chlazení a mazání v oblasti řezu, tepelný proces totiž značně ovlivňuje životnost nástroje. Kapaliny se používají i při odstraňování třísek a zlepšení jejich lámavosti. Proti této realitě stojí argumenty zastánců obrábění na sucho: znečištěná pracovní prostředí, alergie osob či onemocnění pokožky, absence kvalifikovaného personálu. Legislativa proto požaduje nákladná opatření k eliminaci znečišťování, skladování a likvidaci upotřebených obráběcích kapalin. Výrobci nástrojů, spolu s uživateli, už dokázali vyřešit v případě některých typů obráběcích operací (soustružení, frézování) problémy spojené s tímto technologickým směrem. Přesto ještě zůstávají u jednotlivých operací otevřené otázky, např. odvod třísek při hlubokém vrtání, chlazení nástrojů, obrobků i obráběcích strojů apod.
ZMĚNA RECEPTUR KAPALIN MÍSITELNÝCH S VODOU
Používání chladicích mazacích kapalin mísitelných s vodou s alkalickým pH a obsahem povrchově aktivních látek může způsobit výskyt kožních chorob. Proto se firmy, zabývající se vývojem a prodejem těchto výrobků, zaměřily na "verze", které by respektovaly lidské zdraví, a nabídly potřebnou kvalitu a bezpečnost při obrábění. Ke kladnému ohlasu v tomto směru mohou přispět nové kapaliny s nízkou hodnotou pH. Tyto kapaliny mísitelné s vodou mají hodnoty pH mezi 7,0 až 5,5. Pomocí pH blízkého pokožce se snižuje relativní koncentrace aktivní zásady na méně než 5 %. I čisté koncentráty byly zařazeny jako "látka neškodná".
Několikaměsíční praktické nasazení při obrábění na moderních CNC strojích ukázalo v praxi, že u takto koncipovaných kapalin se dosáhla dobrá snášenlivost s pokožkou, a tím i zlepšil řezný a mazací účinek. Dalším plusem je jejich multifunkční nasazení, jelikož se hodí pro širokou škálu materiálů: od běžné litiny a ocelových slitin až po hliníkové slitiny pro letectví a barevné kovy.
MAZÁNÍ MALÝM MNOŽSTVÍM A MAZÁNÍ MINIMÁLNÍM MNOŽSTVÍM MAZIVA
Na první pohled se obě metody liší spotřebou chladicí mazací kapaliny. V prvním případě množství nepřekročí 2 litry za minutu. Druhá varianta omezuje spotřebu na 50 ml za minutu, odpadá při ní chlazení, jakož i odvod třísek pomocí média. Systém pro mazání minimálním množstvím spočívá v přeměně chladicí mazací kapaliny na jemné kapičky, které na místa účinku dopadají ve formě aerosolu. Velké množství systémů v kombinaci s rozdílnými mazivy vytváří diferencovaná spektra kapiček, jejichž vliv na dýchací orgány pracovníků se pečlivě testuje. Výběr vhodných chladicích mazacích kapalin je proto důležitý.
U obrábění se v praxi uplatní i přírodní maziva a oleje nebo estery a mastné alkoholy. Při mazání minimálním množstvím se chladicí mazací látka kompletně spotřebuje ve formě mlhy a aerosolu na pracovním místě, proto se klade důraz na toxikologickou nezávadnost. Z tohoto důvodu se osvědčily esterové oleje a mastné alkoholy s podílem toxikologicky nezávadných přísad. Přírodní oleje a maziva jsou oxidačně velmi nestabilní.
Při procesech se vznikem vysokých teplot jsou proto lepší esterové oleje a mastné alkoholy, aby se netvořily pryskyřičnaté povlaky na nástrojích a strojích. Mastné alkoholy mají při stejné viskozitě nižší bod vzplanutí než esterové oleje. Odpaří se relativně rychle, přičemž se dosáhne chladicího účinku. Proti esterovým olejům je jejich mazací účinek relativně nízký, tudíž se u třískového obrábění nasazují hlavně tam, kde převládají požadavky na mazací účinky nad účinkem chladicím.
Esterové oleje se u třískového obrábění užívají nejvíce pro mazací účinek mezi obrobkem a nástrojem a odcházejícími třískami. Při nízké viskozitě totiž disponují vysokým destilačním rozsahem a bodem vzplanutí. Tím se zajistí, že na pracovišti ubude výparů, zbylý tenký film na obrobku má zároveň protikorozní účinek. Vedle toho jsou esterové oleje i biologicky dobře odbouratelné.
Uvedené poznatky ukazují, že vedle výhod mazání minimálním množstvím je třeba výzkum obrátit zvláště na vznik aerosolů a výparů, odvod třísek (konstrukční změny obráběcích strojů), protipožární ochranu a optimalizaci maziv na jednotlivé typy obráběcích procesů.
POUŽITÍ OLEJŮ MÍSTO CHLADICÍCH MAZACÍCH KAPALIN MÍSITELNÝCH S VODOU
Tento trend se objevil na začátku 90. let minulého století u předních německých automobilových výrobců. Ti chtěli zmírnit nárůst provozních nákladů, způsobený novou legislativou při používání klasických kapalin mísitelných s vodou. Proto formulovaly nové požadavky na výrobce obráběcích kapalin, které zněly:
vodou nemísitelné chladicí mazací prostředky pro třískové obrábění a všechny materiály používané v automobilovém průmyslu,
nízká viskozita, aby se redukovaly ztráty výnosem na třískách a na obráběných součástech,
nízká tvorba mlhy a nízká odpařivost do pracovního prostředí,
minimální nebezpečí pro vodu,
multifunkčnost - např. použitelnost i jako hydraulický olej, kalicí olej apod.
Jako první přišly produkty ve formě tzv. rodiny kapalin pro obráběcí stroje. Kapaliny, umožňující mazání všech míst na obráběcím stroji včetně chlazení obrobku a mazání nástroje, se vyznačovaly stejnou aditivací základových olejů, ale měly rozdílné viskozity. Ty byly pro existující strojový park nevyhnutné, neboť dnešní technika ve strojírenství požaduje pro jednotlivá mazací místa, jako jsou hydraulika, kluzné plochy, převodovky a vřetena, určitou minimální viskozitu. Racionalita rodiny kapalin se projevila i v jejich vhodnosti pro různé třískové obráběcí procesy a materiály. Prvně (r. 1994) tuto filozofii uplatnila u výroby motorů nákladních automobilů firma DaimlerChrysler AG Mannheim. A přinesla nemalé úspory: netěsnosti v hydraulice neměly negativní vliv na kvalitu používaného řezného oleje. Kvůli rozdílným viskozitám zůstala ještě nedořešena vnitropodniková recyklace. Trend k nízkoviskózním řezným olejům vyžadoval změnu v oblasti hydrauliky, dnes provozovanou většinou kapalinami viskozitní třídy ISO VG 46.
Dalším příkladem "efektivní" obráběcí kapaliny je univerzální Unifluid s nízkou viskozitou. Coby chladicí mazací kapalina se hodí pro 80 % třískových obráběcích procesů, a zároveň jako hydraulický olej v obráběcím stroji. Při vývoji se musely spojit rozdílné požadavky na hydraulické oleje podle DIN 51524 a VDMA 24568 a na řezné oleje podle potřeb klientů. Zároveň, s ohledem na snášenlivost se životním prostředím a pracovní hygienu, se kladl důraz na toxikologickou a ekotoxikologickou nezávadnost. Základní surovinou byly zvoleny esterové oleje, neboť z pohledu ochrany prostředí a zdraví mají výrazně nižší odpařivost než ekviviskózní ropné oleje, a speciální skupina přísad. Jejich použitím je pracovník na pracovišti méně exponovaný a prostředí více chráněno před emisemi.
Závěrem lze říci, že všechny uvedené trendy mají svůj význam. O tom, kdy který využít, rozhoduje praxe u konkrétního uživatele, jakož i transfer získaných poznatků do průmyslové praxe, který časem odhalí přednosti i nedostatky nově načerpaných zkušeností.
Zdroj:Technik
Sdílet článek na sociálních sítích
