К.т.н. Яровая И.А., Фот Ю.В.

Одесский национальный политехнический университет, Украина

Модернизация техники подачи СОЖ как средство минимизации ее воздействия на человека

В условиях интенсификации производства наблюдается существенное ужесточение экономических, гигиенических и экологических требований к производственным процессам. Улучшение качества механической обработки металлов может быть выполнено путем подбора эффективной смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и метода ее подачи. Цель такого выбора – уменьшение теплообразования при обработке и термического разрушения обрабатываемой поверхности, а также сокращение выброса вредных веществ, содержащихся в СОЖ, в воздух рабочей зоны.

Улучшение смазывающих характеристик СОЖ позволяет снизить образование тепла и обеспечивает высокий уровень удаления отходов из зоны резания, обеспечить высокую размерную и геометрическую точность изделий, повысить срок службы режущего инструмента. Наряду с преимуществами, применение СОЖ имеет и ряд недостатков. Например, точки зрения охраны окружающей среды, использование СОЖ на масляной основе должно быть ограничено, поскольку по окончании срока службы они превращаются в отходы, процесс утилизации которых достаточно сложен. Довольно часто отходы подобного типа сбрасывались в реки и озера, вызывая существенные изменения в окружающей среде и тем самым причиняя значительный экологический ущерб. Однако за последние несколько десятилетий наметилась тенденция к пересмотру принципов утилизации отходов. Негативное влияние оказывают СОЖ и на персонал предприятия. Рабочие-станочники могут испытывать на себе негативное действие СОЖ в результате непосредственного контакта с кожным покровом рабочих или контакта через спецодежду, пропитанную СОЖ, а также в результате поступления паров и аэрозолей СОЖ в организм через дыхательную систему [1, 2].

Таким образом, применение и утилизация СОЖ требуют строгого соблюдения гигиенических требований, природоохранных законов и стандартов, таких как международный стандарт ISO 14001.

Производственные расходы, связанные с применением СОЖ, составляют значительную часть общих расходов на обработку. Зачастую расходы, связанные с применением и утилизацией СОЖ, выше, чем расходы на режущий инструмент. Следовательно, возможность сокращения объемов использования СОЖ может быть значительным экономическим стимулом. Учитывая высокий уровень затрат, связанных с использованием СОЖ, а так же прогнозируемый рост расходов при ужесточении экологических требований, выбор очевиден.

Стремление уменьшить расходы, связанные с обычными методами охлаждения, стало причиной поиска альтернативных производственных процессов, создания новых технологий, которые могут уменьшить или предотвратить образование экологически опасных отходов. В качестве альтернативы рассматривается возможность свести к минимуму или полностью избежать использования СОЖ при механической обработке. Одной из таких альтернатив является обработка с минимальным количеством смазки (метод MQL – Minimum Quantity Lubrication). Обработка по методу MQL предполагает минимальную капельную подачу смазочно-охлаждающих жидкостей в зону резания, что является логическим продолжением классической техники местной подачи СОЖ.

Принцип метода MQL состоит в точной подаче и распределении минимальных объемов смазочно-охлаждающей жидкости в зоне резания – как правило, со скоростью потока от 50 до 500 мл/час, что примерно на три-четыре порядка меньше, чем для обычных методов обработки. При этом сжатый воздух, смешанный с небольшим количеством СОЖ, охлаждает и смазывает зону резания, уменьшая таким образом чрезмерное трение.
То время как обычные процессы требуют использования до 45 – 50 литров СОЖ в минуту (2700 – 3000 л/ч), максимальный расход СОЖ по методу MQL не превышает 100 мл в час, что составляет около 0,004% расхода СОЖ по сравнению с обычными методами обработки.

Метод MQL позволяет существенно увеличить срок службы инструмента, особенно для случаев, когда происходит отказ инструмента вследствие термического напряжения или трения при торцевом сопротивлении. Однако при многоинструментальной обработке этот метод малоэффективен, поскольку при одновременном или последовательном применении инструмента выравнивание сопла и инструмента на одном уровне трудноосуществимо.

Нежелательной особенностью метода MQL является возможность корродирования поверхности обрабатываемой детали. Многие добавки к СОЖ, применяемых для MQL, могут быть очень агрессивными как под давлением, так и в присутствии влаги. Остатки СОЖ на деталях, стружке, оборудовании могут привести к слабой или умеренной коррозии или окрашиванию поверхности детали.

Преимущества метода MQL:

– возможность сокращения расхода СОЖ, а следовательно, уменьшение масляного тумана и брызг, вследствие чего метод является привлекательной альтернативой для применения на станках фрезерной и токарной группы;

– уменьшение термических напряжений в режущем инструменте, а следовательно, увеличение его срока службы;

– возможность применения составов СОЖ, не используемых для подачи под давлением и в больших объемах;

– возможность получения более чистых и сухих изделий по сравнению с методами обработки с подачей СОЖ под давлением и в большом объеме;

– уменьшение количества бактериальных и фунгицидных присадок в СОЖ, что положительно отражается на здоровье рабочих-станочников;

– снижение затрат на применение и утилизацию СОЖ по сравнению с обычными методами подачи СОЖ.

Недостатки метода MQL:

– невозможность удаления стружки из зоны резания;

– интенсивная коррозия изделий и стружки;

– после соприкосновения инструмента и заготовки на поверхность обрабатываемой детали невозможно подать дополнительное количество СОЖ;

– подача СОЖ по методу MQL требует оснащения металлорежущих станков системами точной подачи СОЖ и защиты от коррозии, поскольку для правильного распыления СОЖ сопла должны находиться на расстоянии не более 3 – 6 сантиметров от инструмента; кроме того, сопла подвержены повреждению и смещению, особенно при ударе по ним тяжелой стружки,

Выводы. Применение метода MQL повышает качество обработанной поверхности и точность размеров по сравнению с сухой и влажной обработкой. Струя СОЖ, поданная по методу MQL, обеспечивает снижение износа инструмента, увеличение срока его службы и повышение производительности обработки путем повышения режимных характеристик процесса. Уменьшение количества СОЖ при обработке позволяет снизить выделение вредных веществ в воздух рабочей зоны, тем самым снижая уровень заболеваемости персонала и уменьшая затраты на утилизацию отходов производства.

Перспективным направлением на наш взгляд является разработка способа механической обработки, в котором к СОЖ в определенной пропорции добавляют разрушающие и восстанавливающие соединения. Это позволит повысить обрабатываемость материала с одновременным повышением стойкости режущего инструмента за счет появления на поверхности инструмента упрочненного слоя, имеющего высокую твердость.

Литература:

1. M. Sokovic and K. Mijanovic. Ecological aspects of the cutting fluids and
its influence on quantifiable parameters of the cutting processes. JMPT, 109 (1 – 2): 181 – 189, 2001.

2. Васильев А.В., Хамидуллова Л.Р. Снижение негативного воздействия смазывающих охлаждающих жидкостей // Безопасность в техносфере. – 2008.
– №1. С. 40 – 43.