منوی سایت
روغنهای فلزكاري
مهمترين هدف فرآيندهاي فلزکاري، بوجود آوردن شکل‌هاي جديد با استفاده از قطعات فلزي است. بطور کلي اين فرآيندها شامل تماس دو قطعهي فلزي يعني ابزار و قطعه‌کار مي‌باشد. اين تماس‌ها هم شامل جريان پلاستيک گونه‌ي قطعهكار تحت فشار ابزاركار (فرآيند شکل‌دهي فلزها) و هم شامل بوجود آوردن يک شکل جديد با استفاده از جداکردن کنترل شده‌ي مقداري از قطعهكار، توسط ابزار (عمليات برش فلزات)، مي‌باشد. تغيير شکل پلاستيک گونه‌ي قطعات فلزي به ما اين امکان را مي‌دهد که شکل مطلوب خود را بدون تکه‌تکه کردن قطعه کار بدست آوريم. وقتي شکل موردنظر با جداکردن تکه‌هايي از فلز (قطعه کار)، بصورت تراشه، بدست مي‌آيد، عمليات انجام شده به عنوان عمليات برش شناخته مي‌شود.
در خلق شکل‌هاي جديد از فلزها توسط فرآيندهاي فلزکاري، شاهد پديده‌هايي مثل اصطکاک زياد، دماي بالا و سايش ابزار خواهيم بود. در نتيجه روانکاري در عمليات فلزکاري هم بر ميزان کارايي و اثربخشي فرايندهاي فلزكاري و هم بر بازده کلي عمليات توليد تأثير مي‌گذارد.
در فرآيندهاي فلزکاري با شرايط معمولي، اغلب از رژيم روانکاري هيدروديناميک استفاده مي‌شود. در اين حالت ضخامت لايه‌ي روانکار در محل تماس ابزار تراش و قطعه کار به اندازه‌اي است که از تماس مستقيم دو سطح جلوگيري کند. ضخامت لايه‌ي روانکار در مقايسه با اندازه‌ي ميانگين مولکول‌هاي تشکيل‌دهنده‌ي آن، بسيار ضخيم‌‌تر است، در نتيجه خواص فيزيکي و ماکرسکوپي روغن از جمله گرانروي تأثير بسزايي در کارايي روانکار در چنين رژيمی خواهد داشت.
شرايط سخت‌تر فرآيند فلزکاري، باعث تبديل رژيم روانکاري از هيدروديناميک به روانکاري مرزي مي‌شود. در بعضي کاربردهای فلزکاري شرايط بقدري سخت مي‌شود که ضخامت لايه روانکار در حد ابعاد مولکول‌هاي تشکيل‌دهنده‌ي آن کاهش مي‌يابد. در چنين رژيم روانکاري خواص شيميايي و شيمي‌فيزيکی روانکار اهميت بيشتري مي‌يابد. خواص شيميايي يک روانکار تا حد زيادي به مواد افزودني به کار رفته در آن، بستگي دارد.
وجود لايه‌ی موثر روانکار بين ابزار فلزکاري و قطعه‌کار از جوش خوردن سطوح تماس جلوگيري مي‌کند. در مواردي که روانکار حاوي افزودني‌هاي فشارپذير مي‌باشد، يک لايه‌ي محافظت کننده از واکنش مستقيم مواد افزودني با سطح فلز ايجاد مي‌شود. فرايندهاي فلزکاري که در آنها نياز به روانکاري است به دو دسته‌ي تراشکاري و شکل‌دهي تقسيم مي‌شوند. در هر دوي اين روش‌هاي فلزکاري، سايش ابزار کار از مشکلاتي است که با استفاده از روانکاري از آن جلوگيري به عمل مي‌آيد.
وظايف روغن در عمليات برش
• روانكاري ابزار و قطعهي كار
• خنككنندگي و انتقال گرما
• شستن برادهها و تراشهها و تمييزكردن سطح قطعهكار و ابزار برش
• جلوگيري از زنگزدن و جوشخوردن سطوح تازهي ايجاد شده توسط برش
مواد فعال موجود در روغن تراشکاري مي‌توانند با سطوح تازه و واکنش‌پذير که در اثر لايه‌برداري ايجاد شده‌اند واکنش داده و از چسبيدن ابزار و قطعه کار جلوگيري به عمل آورند. در آزمايش‌هاي انجام شده توسط ابزار و قطعه‌کار نمونه، نتايج نشان داده است که اين ويژگی تحت تأثير عوامل زير بهبود يافته است:
• افزايش واکنش‌پذيري مواد فعال موجود در روغن با سطوح فلزي
• كاهش استحکام برشي لايه‌ي واکنش‌دهنده (کمتر از استحکام برشي فلز اصلی)
• افزايش خواص نفوذي مناسب مواد فعال موجود در روغن (وزن مولکولي کمتر، فشار بخار بيشتر)
از طرف ديگر يافته‌هاي مربوط به روانکاري و خنک‌کاري نشان مي‌دهد که نمي‌توان اين دو مفهوم را از هم جدا کرد. دگرگوني‌هايي که در ويژگي‌هاي مواد توسط تغييرات دما بوجود مي‌آيد بستگي زيادی به آثار ناشي از اصطکاک دارند. اثر خنک‌کنندگي روغنهاي برش به خواص گرمايي اين روغن‌ها بويژه به ظرفيت گرمايي و ضريب انتقال گرما بستگي دارد. از طرف ديگر شرايط جريان روغن‌ها نيز نقش اساسي در فرآيند خنک‌کاري دارد. ضريب انتقال گرما مي‌تواند با توجه به ميزان تبخيرپذيري اجزاي موجود در روانکار برشی، تا حد زيادي دستخوش تغيير شود. چنين پديده‌اي باعث مي‌شود روغن‌هايي که با آب امتزاج‌پذير هستند داراي اهميت ويژه‌اي در روانکاري عمليات برش باشند. به همين دليل روغنهاي عمليات برش بطور کلي به دو دسته‌ي روغنهاي امتزاج‌پذير با آب و روغنهاي بدون آب تقسيم مي‌شوند.
روغنهاي امتزاج‌پذير با آب (روغنهاي خنک‌کننده)
بيشتر بودن هدايت گرمايي و ظرفيت گرمايي آب از عواملي هستند که اثر خنک‌کنندگي روغنهاي امتزاج‌پذير را بهبود مي‌بخشند. تبخيرشدن آب موجود در اين گونه روغن‌ها نيز تأثير زيادي در خنک‌کاري و روانکاري دارد.
تفاوت ويژگي‌هاي گرمايي روغن و آب
از نظر حجمي، روغنهاي حل‌شونده بزرگترين دسته‌ي روانکارهاي فلزکاري در اروپا و آمريکا هستند. برخلاف روغنهاي بدون آب، افزايش کارايي برش، عامل اصلي انتخاب روغنهاي امتزاج‌پذير براي عمل روانکاري نمي‌باشد. خنک‌کنندگي و روان‌کنندگي ابزار و قطعه کار مهمترين عواملي هستند که روغنهاي امتزاج‌پذير به خاطر آنها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اهميت خنک‌کنندگي به حدي است که اغلب از روغنهاي امتزاج‌پذير به عنوان روغنهاي خنک‌کننده نيز ياد مي‌شود.
روغنهاي برش بدون آب
روغنهاي برشی که بيشتر در روش‌هاي سنگ‌زني متهکاري عمقي و تراشکاري بدون اضافه‌کردن آب استفاده مي‌شوند، به عنوان روغنهاي بدون آب شناخته مي‌شوند. روغنهاي بدون آب داراي برتريهايي نسبت به روغنهاي امتزاج‌پذير با آب هستند:
• افزايش طول عمر مفيد ابزار کار
• پرداخت بهتر سطح در عملياتی که در شرايط سخت و سرعتهاي برش کم انجام مي‌شوند.
• نگهداري سادهتر و راحتتر روغن
• افزايش قابل توجه طول عمر مفيد روغن
• کمترشدن مشکلات خوردگي و زنگزدگي
• کمترشدن آلودگي ساير سيستمهاي روانکاري موجود در محيط کار
ضعف اصلي روغنهاي بدون آب در مقايسه با روغنهاي امتزاج‌پذير، قدرت خنک‌کنندگي ضعيف‌تر آنها مي‌باشد. اين موضوع در سرعتهاي زياد برش، بيشتر به چشم مي‌آيد و تنها مورد استثناء، متهکاري با سرعت زياد است که روانکاري مناسب روغنهاي بدون آب باعث مي‌شود که گرماي کل توليد شده بسيار کمتر و نياز به خنک‌کاري نباشد. ضعف ديگر روغنهاي بدون آب، قابليت آتشگيري و خطرهاي ناشي از پخش شدن آنها در فضاي اطراف مي‌باشد.
اهميت گرانروي در انتخاب روغن برش مناسب
گرانروي اکثر روغنهاي فلزکاري بين 2 تا 46 سانتياستوک است. روغنهاي با گرانروي کم براي کاربردهايي مثل تراشالکتريکي (Spark Erosion)، سنگ‌زني (Honning) و پرداختهاي بسيار ظريف به کار ميروند. روغنهاي با گرانروي زياد، معمولا در عمليات سخت برش با سرعتهاي برش پائين، مانند برقوزدن (Broaching) و برشدنده استفاده مي‌شوند. بطور کلي عمليات برش با نيروي خيلي زياد و برشکاريهايي که منجر به توليد تراشهي پيوسته يا بزرگ مي‌شوند، نيازمند استفاده از روغن‌هايي با گرانروي بيشتري هستند.
استفاده از روغن‌هايي با گرانروي بيشتر باعث مي‌شود روغن کمتر بصورت مه يا بخار در محيط کار پخش شود. معايب استفاده از روغنهاي با گرانروي بيشتر نيز به دو دسته تقسيم مي‌شوند:
• هرچه گرانروی روغن بکاررفته بيشتر باشد، هدر رفتن روغن بصورت آغشته به تراشهها و قطعات بيشتر خواهد بود.
• آلوده و کثيفشدن خط شستو شوي قطعات بيشتر مي‌شود.
• خنک‌کنندگی روغنهای دارای گرانروی بيشتر، ضعيف‌تر خواهدبود.
اين عوامل باعث شده تا امروزه تلاش شود تا امکان استفاده از روغنهاي با گرانروي کمتر بيشتر فراهم آيد. ضعفهاي روغنهاي فلزکاري با گرانروي کم، مثل نقطهي اشتعال پائينتر و پخش و تبخيرشدن بيشتر را ميتوان با بکاربردن روغنهاي تصفيه شده با هيدروژن و يا استرها جبران کرد.
در کاربردهايي که با اجزاء کوچک سرو کار داريم، بهتر است از روغن‌هايي با گرانروي کمتر استفاده کنيم. چون روغنهاي با گرانروي بيشتر باعث مي‌شود اين قطعات به‌هم بچسبند و در عمليات شست و شو و جابجايي آنها ايجاد مشکل شود. همچنين روغنهاي با گرانروي بيشتر در تنظيم دقيق ابعاد قطعه‌کار ايجاد مشکل ميکنند و در مواردي که نياز به دقت زياد است نمي‌توان از اين روغن‌ها استفاده کرد. از آنجا که روغنهاي با گرانروي کمتر عمل خنک‌کاري را بهتر انجام ميدهند، استفاده از اين روغن‌ها در عمليات تراشکاري با کارايي بالا يک نياز غير قابل انکار است. همچنين برادهشويي بهتر روغنهاي با گرانروي کم باعث مي‌شود اين روغن‌ها در کاربردهايي مانند سنگ‌زني، صيقلکاري و تراشکاري که دور کردن برادهها از سطح کار داراي اهميت زيادي است، بکار گرفته شوند. در متهکاري عمقي نيز استفاده از روغنهاي با گرانروي کم باعث مي‌شود برادههاي توليد شده در عمق حفره سريعتر از آن خارج شوند. از فوايد ديگر بکارگيري روغنهاي با گرانروي کمتر کاهش هزينههاي مربوط به تجهيزات جانبي مي‌باشد. به عنوان نمونه، اندازه‌ي فيلترهاي روغن مورد استفاده در کارگاههاي برش بصورت نمايي، با افزايش گرانروي، افزايش مي‌يابد. بنابراين با بکارگيري روغنهاي با گرانروي کمتر هم در مکان و هم در هزينه صرفهجويي مي‌شود.
