Новости при смазочно-охлаждащите течности за металообработка

Начало > Инструменти, материали > Сп. Инженеринг ревю - брой 7/2022 > 25.10.2022

  • Появяващите се на пазара все по-специализирани формули допринасят за подобряване на производителността и удължаване на експлоатационния живот на инструментите

  • Експертите вярват, че в бъдеще нови методи ще дават възможност за провеждане на анализи на микробиалните видове и общия биологичен товар в реално време

  • Изследователската дейност е фокусирана върху разработването на нови подходи, които ще разширят обхвата на приложение на MQL и за процеси на по-интензивна механична обработка

 

През 2020 г. глобалният пазар на смазочно-охлаждащи течности за металообработка достига рекордната стойност от 9,46 млрд. щатски долара, като до голяма степен този ръст е движен от технологичните иновации в почти всяка продуктова категория. Появяващите се на пазара все по-специализирани формули допринасят за подобряване на производителността, удължаване на експлоатационния живот на инструментите и дори за понижаване на емисиите на въглероден диоксид.

 

Към по-висока устойчивост

Един от приоритетите на научноизследователската и развойната дейност в областта е да се елиминират проблемите, свързани с рисковете за човешкото здраве и околната среда вследствие на употребата на смазочно-охлаждащи течности в металообработката. Сред предложените решения е разработване на течност от масло от микроводорасли. Въпреки че на пазара се предлагат редица флуиди за металообработка, базирани на растителни масла, устойчивостта на производството им е под въпрос поради фактори като оползотворяване на земеделските земи и изчерпване на плодородието на почвите.

Податливостта на смазочно-охлаждащите течности за металообработка към биологично замърсяване и потенциалът това да доведе до здравни рискове, свързани с биоаерозоли и инфекции от опасни микробиални видове, обуславя необходимостта от нова технология за детекция на микробиален растеж в реално време. Навременната реакция е особено важна, тъй като микробиалното развитие може да се осъществи по-бързо, отколкото прилаганите досега методи могат да идентифицират вредните микробиални видове. Експертите вярват, че в бъдеще нови методи ще дават възможност за провеждане на анализи на микробиалните видове и общия биологичен товар в реално време. Тези предизвикателства подтикват учените към разработване на по-устойчива биобазирана алтернатива. Употребата на трето поколение базирани на водорасли смазочно-охлаждащи течности дава възможност за ефективно оползотворяване на промишлените отпадъчни води и утайките от пречистването им, които иначе са опасни за водните организми при изпускане в околната среда.

 

Минимално количество смазка

Техниките за използване на минимално количество смазка (MQL) обикновено включват спрейове от сгъстен въздух и малко количество масло, което да осигури функцията на смазочно-охлаждаща течност, без големите обеми течни отпадъци. Въздухът обаче не предоставя охлаждане в достатъчна степен и поради това MQL системите са подходящи единствено за операции по лека механична обработка, които не изискват значително отнемане на топлина. Затова изследователската дейност е фокусирана върху разработването на нови подходи, които ще разширят обхвата на приложение на MQL и за процеси на по-интензивна механична обработка.

MQL техниките са относително нови и пред широкото им внедряване стоят както технически, така и икономически пречки. Те изискват нови подаващи системи, различни от използваните досега. Пилотни внедрявания показват, че MQL системите имат по-ниски експлоатационни разходи, но изискват съществени капиталови инвестиции както в инфраструктура, така и в експертен опит. Освен ако не се отчетат разходите, свързани със здравето и околната среда, много компании смятат тези инвестиции за прекалено високи и не предприемат преход от понастоящем използваните системи. Все пак някои производители правят значителни инвестиции в MQL с цел спестяване на разходи и постигане на по-висока ефективност, както и поради ползи по отношение на опазването околната среда и здравето на работниците.

Ползите по отношение на околната среда, здравето, производителността и разходите от преминаването към базирани на газ MQL са доказани в индустрията. Спестяванията на разходи възникват предимно в резултат от елиминиране на основни инфраструктурни компоненти в инсталацията, за които се изразходва значителен дял от средствата за системите за смазочно-охлаждащи течности на водна основа. Това е важно, тъй като разходите за жизнения цикъл на смазочно-охлаждащите течности могат да достигнат до 10 – 17% от разходите за производство на метали. Осигуряването на минимални количества смазочно-охлаждащи течности чрез спрей редуцира разходите за закупуване на консумативи и оперативните разходи, като същевременно понижава драстично потреблението на енергия в системата. Твърди се, че MQL системите дори повишават безопасността, до голяма степен вследствие на елиминирането на маслената мъгла и други маслени отпадъци, свързани с използването на смазочно-охлаждащи течности на водна основа. Засега обаче разпространението на MQL системите е ограничено поради липсата на опит в проектирането и внедряването им. Остават и технически въпроси за това как да се постигне достатъчна степен на охлаждане чрез MQL при предизвикателни процеси на механична обработка на висок клас материали.

 

Рециклиране

Повечето системи за рециркулация на смазочно-охлаждащи течности включват някаква форма на контрол на замърсителите и добавяне на химикали. В една идеална такава система тези функции биха постигнали цялостно разделяне на замърсителите и възстановяване на смазочно-охлаждащата течност до първоначалното й състояние. Процесите по отстраняване на замърсителите обаче не могат сами по себе си да се справят с йоните, свързани с повишаване на твърдостта, изпарението, намаляването на pH поради микробиален растеж и загубата на повърхностно активни вещества. Следователно, дори при идеална сепарация са необходими добавяне на химикали и биологичен контрол с цел удължаване на експлоатационния живот на смазочно-охлаждащите течности.

Микрофилтрацията представлява технология за сепарация чрез мембрана, която може не само да отстрани микроорганизми, но и частици на замърсители и масло от смазочно-охлаждащата течност до получаването на висококачествен рециклат. Основната разлика между конвенционалната филтрация и мембранната филтрация е, че конвенционалните филтри работят като улавят частиците във филтърната матрица, след което те не могат да бъдат регенерирани. Мембранната филтрация обикновено се извършва в режим на кръстосан поток, което предотвратява натрупването на частици във филтърната матрица, тъй като сепарацията протича на повърхността. Мембраните могат да бъдат почистени и използвани повторно за дълги периоди от време, а керамичните мембрани – на практика до безкрай.

Следователно вместо запушването на филтъра със замърсители, основното ограничение пред високи скорости на филтрация при микро- и ултрафилтрация е физикохимичното взаимодействие между съставките на смазочно-охлаждащите течности и повърхността на мембраната.
Макар да са предизвикателство, процесите на мембранна филтрация доказано могат да възстановят смазочно-охлаждащите течности за металообработка до състояние “като нови”. Проучвания например демонстрират техническата целесъобразност от използването на керамични микрофилтрационни мембрани, които да допълнят или заменят действието на биоцидите и други технологии за третиране като средство за контрол на замърсяването, и получаването на рециклирани смазочно-охлаждащите течности, които с нищо не се различават от новите такива. Основното ограничение, възпиращо по-широкото приложение на технологията на мембранна филтрация, е чувствителността й към съставките на смазочно-охлаждащите течности, по-специално селекцията от масла и повърхностно активни вещества и техните концентрации.

 

Тенденции при добавките

Поради фактът, че пазарът на смазочно-охлаждащи течности за металообработка се движи от тенденцията за устойчивост, производителите търсят съставки, които предоставят превъзходни експлоатационни параметри и същевременно имат ограничено негативно въздействие върху околната среда.
Машините и инструментите от ново поколение изискват смазочно-охлаждащи течности, подходящи за високи скорости на обработка, редуциращи износването и пенообразуването. Повишените скорости на обработка, които предлагат съвременните машини, водят до получаването на повече пяна. Нови емулгатори обаче се справят с това предизвикателство, елиминирайки необходимостта от използване на допълнителни обезпенители.

Изменящите се и по-строги регулации обуславят нуждата от универсални и опростени смазочно-охлаждащи течности за металообработка. Създаването на смеси с по-малко на брой съставки дава възможност за по-бързо получаване на одобрение от производителите на оригинално оборудване и за намаляване на сложността на процесите по преформулиране. За целта на пазара вече се предлагат устойчиви добавки против износване, които подобряват контрола на пенообразуване и обработката при ниски температури, като предоставят и ползи като ниска токсичност и биоразградимост.

Производителите в някои сектори, особено в автомобилостроенето, разчитат на смазочно-охлаждащите течности в по-голяма степен, заради използването на по-леки сплави и интегрирането на по-малки и компактни двигатели в стремежа си към олекотяване на превозните средства. Поради изменението на тези материали в търсене на ползи по отношение на олекотяването, смазочно-охлаждащите течности трябва да се адаптират за диапазон от формули, които ще гарантират износоустойчивост и инхибиране на корозията.



Ключови думи: смазочно-охлаждащи течности, металообработка, MQL, микрофилтрация



Top