Klasifikace procesních kapalin

Podle vlastností lze obecně rozlišovat procesní kapaliny s převažujícím chladícím účinkem a kapaliny s převažujícím mazacím účinkem. Neustálou snahou je však zvyšovat mazací schopnost i u kapalin s chladícím charakterem. Tím se částečně stírá rozdíl mezi oběma skupinami. Jiným způsobem rozdělení je podle schopnosti procesních kapalin mísit se s vodou. Nejvýstižnější je rozčlenění procesních kapalin podle chemického složení do těchto skupin:

• Vodné roztoky,

• Emulzní kapaliny,

• Minerální oleje a zušlechtěné oleje,

• Oleje rostlinného a organického původu,

• Syntetické a polysyntetické kapaliny. [13]

20

Obr. 6 – Doporučené procesní kapaliny pro různé druhy obrábění [37]

2.2.1 Vodné roztoky

Vodné roztoky jsou nejjednodušší a nejlevnější procesní kapaliny. Mají výborné chladící a čistící účinky. Nevýhodou těchto kapalin je minimální mazací účinek a degradace způsobená množením anaerobních bakterií, které způsobují zakalení a nepříjemný zápach.

Základem těchto kapalin je voda, která však vyžaduje řadu úprav. Tím je změkčování, přidání aditiv proti korozi, pěnivosti a pro zlepšení smáčivosti.

Výsledný roztok musí být vždy alkalický. Obvykle jsou to 1 až 2% roztoky uhličitanu sodného, trietanolaminu, křemičitanu sodného nebo draselného, dusitanu sodného a pod.

21

O něco účinnější jsou roztoky povrchově aktivních látek, jako například draselných a sodných mýdel, mastných a sulfonaftenových kyselin apod. Díky dobré smáčivosti a malému povrchovému napětí vykazují velkou ochlazovací schopnost a vytvářejí i adhezní film s určitou mazací schopností. [13][8]

2.2.2 Emulzní kapaliny

Díky dobrým vlastnostem z hlediska požadavků na chlazení a mazání, a také snadné dostupnosti pokrývají v praxi zhruba 80% celkového objemu emulzní kapaliny. Tvoří je disperzní soustava jemných kapek oleje, rozptýlených ve vodě.

Velikost kapek oleje se pohybuje v rozmezí asi 0,2 až 8 µm. Pro zaručení stability této směsi, jinak nemísitelných kapalin, je zde přítomna ještě třetí složka. Touto složkou jsou tzv. emulgátory, které zabraňují koagulaci kapiček oleje. Funkce emulgátoru je podmíněna silným elektrickým nábojem na konci některých jeho částic, zatímco druhý neutrální konec je rozpustný v oleji. Záporný náboj polární části molekuly způsobuje vzájemné odpuzování olejových částic vlivem elektrostatických sil. Jako emulgátory se používají některá mýdla. Dalšími přísadami kapalin mísitelných s vodou jsou inhibitory koroze, biocidy, odpěňovače a případně další přísady.

Emulzní kapaliny se běžně distribuují ve formě emulgačního oleje, který se mísí s vodou v požadované koncentraci až na místě spotřeby. Vzájemným poměrem emulgačního oleje a vody můžeme zvýšit mazací nebo chladící schopnost emulze.

Při vyšší koncentraci oleje mazací účinek stoupá, ale klesá účinek chladící. Běžně se využívá koncentrací do 10%. Tato hodnota se po přepočtu pomocí refrakčního koeficientu měří refraktometrem. Schopnost ochrany proti korozi je silně závislá na pH emulze, avšak v mnohem menší míře než u vodných roztoků. Hodnota pH by se v případě obrábění slitin železa měla pohybovat v rozmezí alespoň pH = 8 až 9.

[13][8][4] [28]

2.2.3 Minerální a zušlechtěné oleje

Typickým představitelem procesních kapalin s převažujícím mazacím účinkem jsou minerální a zušlechtěné oleje. Minerální oleje se vyrábějí v rafineriích z ropy. Vedle dobrých mazacích účinků se vyznačují odolností proti stárnutí a konzervačními účinky.

22

V současnosti se používají téměř výhradně zušlechtěné oleje, též někdy nazývané jako řezné oleje. Díky aditivům v nich obsažených se ještě zlepšuje ve velkém rozsahu jejich mazací schopnost a tlaková únosnost. Jako aditiva se používají mastné látky, organické sloučeniny a pevná maziva. Zásadní je, aby použité přísady nebyly zdravotně závadné a nepůsobily korozivně.

Přísadovými mastnými látkami jsou zmýdelnitelné oleje, mastné kapaliny nebo syntetické estery, které zlepšují smáčivost a také mazací schopnost. Účinek těchto látek ovšem klesá za vysokých tlaků.

Aditiva z organických látek obsahují obvykle kombinaci organických sloučenin prvků jako je chlor, fosfor a síra. Jejich působením na povrchu obrobku vznikají vrstvičky kovových mýdel zlepšující kluzné vlastnosti i za působení vysokých tlaků. Sloučeniny s chlorem snižují tření, avšak tato schopnost rychle klesá nad teplotami 400°C. Pro vyšší účinnost se proto přidávají sloučeniny fosforu a síry.

Příměsi pevných maziv působí při řezaní mechanickými účinky. Díky své afinitě ke kovům vytvářejí kluznou vrstvou odolnou vůči vysokým tlakům.

Takovými přísadami jsou rozptýlené částice grafitu a sirníku molybdenu. Nevýhodou je nutnost udržovat v rozptýleném stavu intenzivním prouděním média. Díky nerozpustnosti těchto přísad v kapalinách totiž mají tendenci k sedimentaci.

Obecnými nevýhodami zušlechtěných olejů je horší chladící schopnosti, neekologičnost z důvodu ropného původu, vyšší cena a také hořlavost. Další negativem je vznik dýmu při vysokých teplotách a vznik olejového aerosolu v ovzduší pracoviště při rozstřiku. Z toho důvodu je v některých případech nutné používat odsávání se separátory olejové mlhoviny. Na rozdíl od vodných roztoků a emulzí je také problém s ulpíváním velkého množství kapaliny na obrobcích a třískách, což sebou přináší poměrně značné ztráty a dodatečné náklady. Většinu obrobků je z tohoto důvodu také nutné odmašťovat, což zvyšuje pracnost a nákladovost výroby. Olej ulpělý na třískách je možno separovat pomocí odstředivek.

Související nepříjemností na pracovištích je také ulpívání oleje na veškerém použitém vybavení. [13][8][4] [28]

23

Obr. 7 – Využití minerálních olejů při obrábění ozubení [38]

2.2.4 Rostlinné a živočišné oleje

V menší míře než oleje ropného původu se v praxi používají oleje získané z rostlinných živočišných tuků. Mají podobné vlastnosti jako minerální oleje, vykazují však nižší velikost povrchového napětí, díky čemuž mají lepší smáčivost a potažmo i lepší chladící účinek. Nejvýznamnějšími zástupci této skupiny procesních kapalin je řepkový, lněný a ricinový olej.

Přednostmi těchto kapalin je ekologičnost a zdravotní nezávadnost, což je hledisko, které čím dál více nabývá na významu. Většímu využití v praxi však brání poměrně malá tepelná odolnost a značný sklon ke stárnutí. Projev degradace se u nich projevuje zvyšováním kyselosti a tvorbou pryskyřičných látek. Související neblahou vlastností rostlinných olejů je tzv. vysychání olejů. Je to tvorba tvrdého filmu na povrchu vybavení a obrobků znečištěných těmito oleji a ponechaných volně na vzduchu. Předměty je proto nutné od ulpělých olejů včas očistit. [13][8][4] [28]

2.2.5 Syntetické a polysyntetické kapaliny

Tento druh procesních kapalin se vyznačuje velkou provozní stálostí.

Většinou se jedná o kapaliny rozpustné ve vodě s vysokou úrovní mazacích schopností známých z oblasti řezných olejů a zároveň výbornými chladícími účinky.

Základem těchto kapalin bývají glykoly, jinak nazývané také jako dioly, což jsou polární rozpouštědla.

Oproti procesním kapalinám na bázi oleje mají syntetické kapaliny větší schopnost odvodu tepla, dobrý čistící účinek, jednoduchou přípravu a větší

24

ekonomičnost. Výhodou je také to, že jsou průsvitné, což umožní sledování průběhu řezu nástroje. Případný problém s vyplavováním oleje z kluzných vedení obráběcího stroje lze řešit použitím kompatibilního mazacího oleje nebo separačním zařízením.

Základem polysyntetických kapalin jsou kapaliny syntetické, ale navíc obsahují ještě olej rozptýlený ve formě emulze, což ještě výrazně zlepší jejich mazací schopnost. Rozptýlené olejové částice jsou zde mnohem menší než v běžných vodných emulzích. [15][4]

Obr. 8 – Využití syntetických kapalin při soustružení [40]