مایعات خنک کننده در سایش

مایع خنک کننده (به انگلیسی: coolant liquid) نوعی ماده خنک کننده و روان کننده است که به‌طور خاص برای فرایندهای فلزکاری مانند ماشین‌کاری و تراشکاری طراحی شده‌است. مایعات خنک کننده انواع مختلفی دارند که شامل روغنها، امولسیون‌های آب-روغن، خمیرها، ژل‌ها، ذرات معلق در هوا (هوا) یا گازهای دیگر است. خنک‌کننده‌ها از تقطیرهای نفتی، چربی‌های حیوانی، روغن‌های گیاهی، آب و هوا یا سایر مواد اولیه ساخته می‌شوند. بسته به زمینه و نوع ماده مورد نظر در تراشکاری و نظیر آن، سیال برش در نظر گرفته شده‌است، ممکن است به عنوان مایع خنک کننده، روغن خنک کننده، ترکیب چند ماده، خنک کننده یا روان کننده مورد استفاده قرار گیرد. اکثر فرایندهای فلزکاری و ماشین کاری، بسته به جنس قطعه کار، می‌توانند از مایع برش بهره‌مند شوند. استثنائات معمول در این مورد چدن و برنج است که ممکن است به صورت خشک تراشیده شود (اگرچه این مورد در مورد همه برنج‌ها صادق نیست و هرگونه تراشکاری برنج احتمالاً از وجود مایع خنک کننده بهره‌مند خواهد شد).

ویژگی‌های یک مایع خنک کننده خوب

پایین نگه داشتن دمای قطعه 
-هرچند بالا رفتن دما به خودی خود مشکل ساز نیست اما از گرم و سرد کردن بسیار زیاد یا متناوب ماده باید جلوگیری کند!

افزایش عمر قطعه 
با روغنکاری لبه کار و کاهش جوشکاری نوک، باید عمر نوک برش را به حداکثر برساند.

کاهش آلودگی 
برای افراد مشغول به کار با دستگاه تراش و محافظت از آن‌ها در برابر (سموم، باکتری‌ها، قارچ‌ها) و همچنین برای اطمینان از سلامت محیط زیست به هنگام دفع ضایعات این ویژگی ضروری است.

جلوگیری از خوردگی قطعه 
از زنگ زدگی روی قطعات و برش‌های دستگاه جلوگیری کند.

خنک کننده 
برش فلز باعث ایجاد گرما در اثر اصطکاک و انرژی از دست رفته در تغییر شکل ماده می‌شود. هوای اطراف رسانایی حرارتی کمی دارد (گرما را ضعیف هدایت می‌دهد) یعنی خنک کننده خوبی نیست. خنک کننده هوای محیط گاهی اوقات برای برش‌های سبک و عملیات‌های سایش برای تعمیر و نگهداری، تعمیر و عملیات (MRO) یا کارهای سرگرمی مناسب است. کار تولید نیاز به برش سنگین در مدت زمان طولانی دارد و معمولاً گرمای بیشتری تولید می‌کند و خنک کننده هوا نمی‌تواند آن را از بین ببرد. به جای مکث در حین عملیات سایش برای کاهش دما، استفاده از خنک کننده مایع به‌طور قابل توجهی گرمای بیشتری را با سرعت بیشتری از بین می‌برد و همچنین می‌تواند سرعت برش را کاهش دهد و اصطکاک و سایش ابزار را کاهش دهد. با این حال، این فقط ابزار نیست که گرم می‌شود بلکه سطح کار نیز گرمای قابل توجهی جذب می‌کند. دمای بیش از حد در ابزار یا سطح کار می‌تواند باعث آسیب دیدگی هردوی آنها شود، یا تا حد بی فایده یا خراب شدن نرم شود، مواد مجاور را بسوزاند، انبساط حرارتی ناخواسته ایجاد کند یا منجر به واکنش‌های شیمیایی ناخواسته مانند اکسیداسیون شود.

روغن کاری 
مایعات برش علاوه بر خنک سازی، با روانکاری رابط بین لبه برش ابزار و تراشه، به فرایند برش نیز کمک می‌کنند. با جلوگیری از اصطکاک در این رابط، از برخی تولید گرما جلوگیری می‌شود. این روغن کاری همچنین به شما کمک می‌کند تا تراشه‌ها روی ابزار جوش نخورند، که این امر در برش بعدی اختلال ایجاد نکند. افزودنی‌های فشار شدید اغلب برای کاهش بیشتر سایش ابزار به مایعات برش دهنده اضافه می‌شوند.

روش‌های پاشیدن مایع روی سطح 
از هر روش قابل تصوری برای استفاده از مایع خنک کننده (به عنوان مثال، اسپری، چکاندن، استفاده به صورت بخار، مالش با فرچه) می‌توان استفاده کرد، بسته به نوع کاربرد و تجهیزات موجود باید بهترین انتخاب را داشت. برای بسیاری از کاربردهای برش فلز، مدتهاست که ایده‌آل پمپاژ با فشار بالا و حجم زیاد است تا مجبور شود جریان مایع (معمولاً یک امولسیون آب و روغن) را مستقیماً به رابط ابزار تراشه وارد کند، دیواره‌های اطراف دستگاه حاوی پاشنده و یک مخزن برای گرفتن، فیلتر کردن و گردش مجدد مایعات است. این نوع سیستم معمولاً در ساخت قطعات استفاده می‌شود. در اغلب موارد، برای تعمیر و نگهداری، تعمیرات و تعمیرات اساسی یا سرگرمی فلزکاری، جایی که از ابزارهای کوچک‌تر و ساده‌تری استفاده می‌شود، یک گزینه عملی نیست. خوشبختانه در مواردی که گرمای شدید، سرعت تند و برش مداوم و روزانه در کار نیست از اهمیت حیاتی برخوردار نیستند. با پیشرفت مستمر فناوری، الگوی سیلاب همیشه برنده آشکار نیست. از سال ۲۰۰۰ میلادی با جایگزینی‌های جدید مایع، آئروسل و گاز، مانند خنک سازی برودتی، تکمیل شده‌است. سیستم‌های خنک کننده از طریق ابزار، همچنین به عنوان سیستم‌های خنک کننده از طریق اسپیندل شناخته می‌شوند، سیستم‌هایی هستند که برای انتقال مایع خنک کننده از طریق عبور از داخل اسپیندل و از طریق ابزار، مستقیم به رابط برش، لوله‌کشی می‌شوند. بسیاری از این روش‌ها همچنین سیستم‌های خنک کننده فشار قوی هستند که در آنها فشار کار می‌تواند صدها تا چند هزار psi باشد - فشارهایی قابل مقایسه با فشارهای مورد استفاده در مدارهای هیدرولیکی! سیستم‌های خنک کننده اسپیندل از طریق فشار بالا به یونیون‌های دوار نیاز دارند که بتوانند این فشارها را تحمل کنند. بیت‌های مته و آسیاب‌های انتهایی متناسب با این کاربرد دارای سوراخ‌های کوچکی در لبه‌هایی هستند که مایع خنک کننده خارج می‌شود. انواع مته‌های اسلحه نیز از آرایش‌های مشابهی استفاده می‌کنند.

تخریب، جایگزینی و دفع 
مایعات خنک کننده با گذشت زمان به دلیل ورود آلاینده‌ها به سیستم روغن کاری، تخریب می‌شوند. نوع متداول تخریب، تشکیل روغنی بی کیفیت است که به آن روغن مخزن نیز می‌گویند، روغن ناخواسته ای است که با مایع خنک کننده مخلوط شده‌است. منشأ آن روغن روانکاری است که از شیارها بیرون می‌ریزد و در مخلوط مایع خنک کننده شسته می‌شود. در موارد شدید می‌توان آن را به شکل یک پوست روی سطح خنک کننده یا قطره‌های شناور روغن مشاهده کرد. از اسکیمرها برای جدا کردن روغن ولگرد از خنک کننده استفاده می‌شود. این‌ها به‌طور معمول دیسک‌های عمودی آهسته در حال چرخش هستند که تا حدی زیر سطح خنک کننده در مخزن اصلی غوطه ور می‌شوند. همان‌طور که دیسک می‌چرخد روغن ترامپ به هر طرف دیسک می‌چسبد تا توسط دو برف پاک کننده خراشیده شود، قبل از اینکه دیسک از طریق مایع خنک کننده برگردد. برف پاک کن‌ها به شکل کانالی است که سپس روغن ترامپ را به ظرفی هدایت می‌کند که برای دفع آن جمع می‌شود. در این شرایط که درجه حرارت یا مقدار روغن روی آب بیش از حد شود، از کفگیرهای شناور غاری نیز استفاده می‌شود. از زمان معرفی مواد افزودنی CNC، روغن ترامپ در این سیستم‌ها می‌تواند از طریق اثر جداسازی مداوم به‌طور موثرتری مدیریت شود. تجمع روغن ولگرد از مایع خنک کننده آبی یا روغن جدا شده و به راحتی با جاذب از بین می‌رود. مایع خنک کاری قدیمی و استفاده شده باید هنگامی که مایع بی اثر یا تجزیه شیمیایی شده و کاربرد خود را از دست داد، دفع شود. همانند روغن موتور استفاده شده یا سایر مواد زائد، باید تأثیر آن بر محیط کاهش یابد. قوانین و مقررات مشخص می‌کند که چگونه باید این تخفیف حاصل شود. دفع مایع برش مدرن شامل تکنیک‌هایی مانند اولترافیلتراسیون با استفاده از غشاهای پلیمری یا سرامیکی است که فاز روغن معلق و امولسیون شده را متمرکز می‌کند. مدیریت تراشه و مدیریت خنک کننده با هم ارتباط دارند. در طول دهه‌ها هردو بهبود یافته‌اند، تا جایی که بسیاری از عملیات‌های فلزکاری اکنون از راه حل‌های مهندسی شده برای چرخه کلی جمع‌آوری، جداسازی و بازیافت هر دو تراشه و خنک کننده استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، تراشه‌ها بر اساس اندازه و نوع درجه‌بندی می‌شوند، فلزات ولگرد (مانند پیچ و مهره‌ها) از هم جدا می‌شوند، مایع خنک کننده از روی تراشه‌ها سانتریفیوژ می‌شود (که برای کار بیشتر خشک می‌شوند) و غیره.

جستارهای وابسته 
 دستگاه فرز
 تراشکاری
 علم مواد
 فلزات

منابع 
جزوات آموزش ماشینکاری ماشین فرز عمودی - صنایع ماشین ابزار سازیکتاب آموزش فرزکاری جلد ۲

کتاب آموزش تراشکاری درجه ۱و۲ - نوشته موسی اصلانی

کتاب کارگاهی فرزکاری نوشته استیواف کرار و آلبرت اف چک ترجمه هدایت مونابی

کتاب فرزکاری یک و دو کارآموزی