Spis treści:

1. Idealna emulsja dla obróbki skrawaniem
2. Technologie środków pomocniczych do obróbki metali
3. Asortyment olejów emulgujących do obróbki skrawaniem

1. "Idealna" emulsja dla obróbki skrawaniem

Zastosowanie emulsji wodno-olejowych do obróbki skrawaniem to stary XIX-wieczny pomysł. W emulsji łączy się zalety wody (skuteczne chłodzenie) i oleju (smarowanie, ochrona przed korozją). Dodatkową zaletą układu jest możliwość regulowania prędkości chłodzenia – ponieważ przy wzroście stężenia oleju w emulsji powyżej 5% prędkość chłodzenia się obniża. Obecnie stosowanie emulsji wodno-olejowych w obróbce skrawaniem jest powszechne.

W trakcie eksploatacji emulsji wodno-olejowych spotyka się liczne problemy techniczne. Wszystkie te problemy sprowadzają się do jednego - zapewnienia stabilnej pracy emulsji w długim czasie. Wymiana emulsji jest kosztowna ze względu na przerwę w pracy urządzeń, koszt utylizacji przepracowanej emulsji, koszt zakupu świeżego koncentratu i koszt przygotowania i wykonania wymiany. 

Konieczność wymiany emulsji może być spowodowana szeregiem czynnikowa: porażeniem biologicznym, zanieczyszczeniem, pojawieniem osadów, problemami natury bhp, pogorszeniem skuteczności ochrony przed korozją. 

Porażenie biologiczne. Szereg szczepów bakterii, drożdży i pleśni może rozwijać się w środowisku emulsji wodno-olejowej. W wyniku działania mikroorganizmów pojawia się przykry zapach (amoniak, siarkowodór), obniża się poziom pH emulsji, wydziela olej, pojawiają się osady, pojawia się korozja detali po obróbce, a w skrajnych przypadkach także korozja urządzeń i systemów zasilania, wytwarzane przez mikroorganizmy toksyny mogą powodować choroby skóry. Porażenie biologiczne to podstawowa przyczyna wymiany emulsji do obróbki skrawaniem. Emulsje starego typu, na bazie mydeł kwasów tłuszczowych i mydeł sulfonowych, bez dodatków konserwujących w okresie letnim ulegają porażeniu biologicznemu już po okresie dwóch tygodni, natomiast nowoczesne emulsje, na bazie pochodnych kwasu bursztynowego z dodatkami konserwującymi hipotetycznie mogą zapewnić do 24 miesięcy pracy bez wymiany. 

Zanieczyszczenie. W trakcie eksploatacji emulsja ulega zanieczyszczeniu środkami konserwującymi z powierzchni obrabianego metalu, wiórami, ścierem i innymi odpadami obróbki, olejami i smarami, przypadkowymi zanieczyszczeniami (śmieciami). Produkty naftowe mogą się zachowywać na dwa sposoby: "wymaglowywać" się w emulsję lub tworzyć warstwę olejową na jej powierzchni. W pierwszym przypadku następuje pogorszenie właściwości rdzochronnych i znaczne obniżenie stabilności emulsji. Drugi przypadek jest mniej niebezpieczny, jakkolwiek warstwa oleju na powierzchni emulsji nie jest zjawiskiem estetycznym, jednakże w tym wariancie olej ogranicza dostęp powietrza do emulsji i zwiększa się ryzyko rozmnażania bakterii beztlenowych, które wydzielają siarkowodór, jako produkt własnej przemiany materii. Zanieczyszczenia mechaniczne mogą blokować przepływ emulsji w układach zasilania. Ścier metalowy może tworzyć dobre złoże dla rozwoju mikroorganizmów, a także jego obecność znacznie przyspiesza zużycie inhibitorów korozji, obecnych w emulsji. Śmieci, a szczególnie resztki organiczne, stanowią szczególne zagrożenie, jako pożywka dla mikroorganizmów, w tym pleśni (pleśń może blokować przewody układów zasilania oraz wytwarzać toksyny o charakterze rakotwórczym). Jeszcze jednym, istotnym rodzajem zanieczyszczeń są sole mineralne, obecne w wodzie. Sole mineralne w niewielkim stężeniu są pożyteczne, ponieważ ograniczają pienienie się emulsji. W wysokim stężeniu sole mineralne pogarszają ochronę przed korozją, powoduję twarde, trudne do usunięcia osady, stanowią pożywkę dla mikroorganizmów. W trakcie eksploatacji stężenie soli mineralnych wzrasta ze względu na odparowanie wody. 

Problemy natury BHP. Mimo ogromnego postępu technologii olejów emulgujących, ich stosowanie wiąże się z szeregiem problemów natury bhp. Emulsje starego pokolenia zawierały toksyczne składniki: azotyn sodu, policykliczne węglowodory aromatyczne, związki chloru, „twarde” biocydy. Jakkolwiek obecne ustawodawstwo zabrania stosowania tych składników, szereg producentów nadal stosuje niektóre z wymienionych technologii, co wynika z czynników ekonomicznych lub nieumiejętności dostosowania się do nowych wymagań. Podstawowym problemem są choroby skóry. W tym miejscu chciałbym jednak zaznaczyć, że problemy dermatologiczne nie muszą wprost wynikać, z jakości emulsji. Na ogół źródłem problemu jest "zawleczenie" choroby skóry przez jednego z pracowników. Niestety, zakład obróbki metali jest dość dobrym miejscem do rozprzestrzeniania się chorób dermatologicznych, a kontakt z emulsją osłabia skórę, ponieważ emulsja wypłukuje tłuszcz z jej powierzchni, podwyższając prawdopodobieństwo przenikania mikroorganizmów. Przy wysokim pH wypłukiwanie tłuszczu przez emulsję się nasila. Dodatki konserwujące mogą powodować podrażnienia. Niskie pH i brak dodatków konserwujących z kolei powoduje, że emulsja może stać się środowiskiem rozprzestrzeniania mikroorganizmów chorobotwórczych lub źródłem toksyn, produkowanych przez mikroorganizmy wprost nie stanowiące zagrożenia. 

Pogorszenie ochrony przed korozją. Inhibitory korozji na ogół zużywają się szybciej, niż pozostałe składniki emulsji. Szczególnie, jeżeli zachodzi zanieczyszczenie ścierem metalowym. Ochrona przed korozją pogarsza się także przy obniżonym pH. 

Osady w emulsji stanowią mieszaninę ścieru z obróbki, oleju, biomasy mikroorganizmów, nierozpuszczalnych w wodzie soli mineralnych i innych składników. Niektóre typy emulsji, dotyczy to w pierwszej kolejności zawierających związki boru, po pewnym okresie pracy zaczynają intensywnie tworzyć kleiste osady, co zmusza użytkownika do ich wymiany. 

Inne problemy występujące w eksploatacji. Trwałość emulsji to na ogół najważniejszy wskaźnik jej, jakości, ale nie jedyny. Olej emulgujący powinien jeszcze zapewniać dobrą jakość obróbki, być łatwym w użytkowaniu (np. użytkownik nie powinien mieć problemów ze sporządzaniem emulsji), być kompatybilnym z materiałami maszyn i urządzeń. W szczególności nie powinien powodować korozji elastomerów i nie powinien rozpuszczać powłok lakierowych. 

Co może zrobić użytkownik emulsji dla maksymalnego wydłużenia okresu wymiany? Po pierwsze, należy prawidłowo sporządzać emulsję. Regułą jest dozowanie koncentratu do wody przy ciągłym mieszaniu. Należy zapewnić pełne rozpuszczenie koncentratu w wodzie, ponieważ koncentrat stanowi dobrze zrównoważoną całość i nieprawidłowa proporcja składników już na wstępie pogarsza, jakość emulsji. Po drugie, utrzymywać stężenie robocze w określonych granicach. W czasie eksploatacji z emulsji wyparowuje woda i stężenie emulsji wzrasta. Jednocześnie emulsja jest wynoszona z wiórami i ścierem. Dlatego ubytki emulsji należy uzupełniać emulsją z niskim stężeniem. Orientacyjnie, w okresie letnim stężenie dolewanej emulsji powinno stanowić 1/3 stężenia roboczego, a w zimowym - 1. Jednakże każde stanowisko ma swoją specyficzną prędkość wynoszenia emulsji i odparowania wody. Dlatego najlepiej systematycznie kontrolować refraktometrem stężenie emulsji na całym zakładzie. Zaniżenie stężenia emulsji powoduje obniżenie skuteczności ochrony przed korozją, pogorszenie właściwości smarnych a jednocześnie ograniczenie trwałości ze względu na rozwój mikroorganizmów. Zawyżenie - pogorszenie chłodzenia (obniżenie trwałości narzędzi), wzrost masy kleistych osadów i ryzyko problemów dermatologicznych. Po trzecie – zachować czystość i porządek. Ścier metalowy powoduje przyspieszone zużycie inhibitora korozji, a razem ze śmieciami stanowi złoże dla mikroorganizmów. Należy też systematycznie zbierać olej, wydzielający się na powierzchni emulsji. Omówione trzy czynności (prawidłowe sporządzenie emulsji, utrzymywanie optymalnego stężenia w procesie eksploatacji, zachowanie czystości i porządku) mają charakter podstawowy i są niezbędnym warunkiem prawidłowej eksploatacji emulsji do obróbki metali, bez względu na jej gatunek. Oprócz wymienionych podstawowych czynności, użytkownik ma również inne możliwości wydłużenia okresu wymiany emulsji, jednakże są one związane ze znaczącymi kosztami. Do sporządzania emulsji może być użyty kondensat wodny. Kondensat praktycznie nie zawiera soli mineralnych, które stanowią pożywkę dla mikroorganizmów, powodują osady i pogarszają ochronę przed korozją. Jeżeli użytkownik dysponuje tanim kondensatem, celowo jest emulsję dla pierwszego zalania układu wykonać na bazie wody wodociągowej (żeby nie powodować pienienia), a dolewki sporządzać na bazie kondensatu. Filtracja emulsji eliminuje ścier metalowy i śmiecie z układu zasilania, co wydłuża okres wymiany. Najczęściej stosuje się filtry magnetyczne, usuwające wióry i ścier stalowy i żeliwny oraz filtry tkaninowe. Najlepszym materiałem filtracyjnym jest siatka stalowa lub tkanina z włókna szklanego. Filtry papierowe na bazie kartonu powlekanego kauczukiem są rzadko stosowane, ponieważ bardzo szybko się zatykają. W centralnych układach zasilania możliwa jest pielęgnacja emulsji poprzez dozowanie dodatków konserwujących i podwyższanie pH dodatkiem trójetanoloaminy. Jednakże w takim przypadku należy dysponować małym laboratorium i wyszkolonym personelem. Dodatki konserwujące dozuje się na podstawie testów biologicznych – oznaczenia zawartości mikroorganizmów, a regulację pH - na podstawie pomiaru pH-metrem. Wg polskich przepisów prawnych, stosowanie trójetanoloaminy wymaga prowadzenie ścisłej ewidencji zużycia. 

W centralnych układach zasilania wyposażonych w skuteczne filtry, przy prowadzeniu systematycznych zabiegów pielęgnacyjnych, możliwe jest osiągnięcie okresu wymiany do dwóch lat. Natomiast drobni użytkownicy, przy użyciu indywidualnych układów zasilania, bez filtracji emulsji, nie powinni przekraczać 3, 6 miesięcy okresu wymiany, nawet, jeżeli stosują emulsję wysokiej, jakości. 
Co może zrobić producent obrabiarek dla wydłużenia okresu wymiany? Po pierwsze - układ zasilania powinien być łatwy do przeglądu i czyszczenia. Zbiornik zasilający w stopie daje przestrzeń, ale utrudnia zachowanie czystości. Jeżeli przewidziany jest dłuższy przestój, taki zbiornik powinien być opróżniony, przepłukany wodą, a przed ponownym zalaniem przepłukany płynem dezynfekująco-czyszczącym. Zbiornik zasilający powinien być dostępny w celu usuwania osadu z jego dna i wydzielonego oleju z powierzchni emulsji. Przewody zasilające powinny biec pod stałym kątem do poziomu, żeby nie było w nich przestrzeni dla zalegania emulsji. Powinien być łatwy dostęp do miejsc gromadzenia się wiórów i ścieru, żeby można było usuwać zanieczyszczenia na bieżąco. Powinny być przewidziane miejsca dla filtrów do oczyszczania emulsji, lub (jeszcze lepiej) filtry powinny stanowić część składową obrabiarek. 

Co może zrobić producent koncentratu emulsji dla wydłużenia okresu wymiany? Koncentrat powinien być stabilny w trakcie magazynowania i gwarantować przynajmniej roczny okres magazynowania w typowych warunkach, bez pogorszenia, jakości. W szczególności rozwarstwienie koncentratu w trakcie magazynowania jest niepożądane. Koncentrat powinien łatwo mieszać się z wodą, żeby ograniczać problemy ze sporządzaniem emulsji. Gotowa emulsja powinna być stabilna we wszystkich aspektach - odporna na działanie mikroorganizmów, niewydzielająca osadów ani oleju, kompatybilna z twardą wodą. Równolegle emulsja powinna spełniać swoją podstawową funkcję - zapewniać prawidłową obróbkę metali i chronić gotowe detale przed korozją przynajmniej w trakcie magazynowania międzyoperacyjnego, oraz nie powinna stanowić zagrożenia dla zdrowia ludzi. 

Dobrej, jakości olej emulgujący powinien gwarantować przynajmniej 12-miesięczny okres magazynowania bez pogorszenia właściwości użytkowych. Nie powinien wymagać szczególnych warunków magazynowania - tj. powinien dopuszczać magazynowanie w zakresie temperatury od -20 do +30 °C. Rozwarstwienie koncentratu w trakcie magazynowania jest niepożądane i nie powinno mieć miejsca. Jasna barwa, świadcząca o stosowaniu do produkcji składników dobrej, jakości jest pożądana. Emulsja powinna się sporządzać z łatwością, bez stosowania specjalnych urządzeń. Jednakże bardzo łatwe sporządzanie emulsji (samo mieszalność) może świadczyć o wysokim udziale glikolu w koncentracie, co może stanowić zagrożenie dla uszczelnień gumowych i powłok lakierowych. Umiarkowane pienienie jest pożądane, natomiast wysoka piana jest niedopuszczalna. Pienienie sprawdza się w prosty sposób - należy nalać emulsję o stężeniu roboczym do butelki. Butelka powinna być nalana do połowy. Przy wielokrotnym potrząsaniu butelki powinna powstać stabilna kilkucentymetrowa warstwa piany, która nie powinna wzrastać przy wielokrotnym potrząsaniu butelką. Emulsja nie powinna mieć silnie wyczuwalnego, a tym bardziej przykrego zapachu. Emulsja do obróbki plastycznej (np. walcowania) i obróbki wiórowej powinna przypominać mleko i może być tłusta na dotyk, natomiast emulsja do obróbki wiórowej i szlifowania powinna być przejrzysta i powinna z łatwością zmywać tłusty ścier. Podrażnienia skory nie powinny mieć miejsca, aczkolwiek miejsca zranione nie powinny stykać się z emulsją. pH emulsji do obróbki żeliwa i stali powinno wynosić 9-9,5. Do obróbki aluminium na ogół stosowane są emulsje z pH obniżonym do ok. 8, jakkolwiek często stosuje się te same emulsje, co do obróbki stali. W trakcie eksploatacji właściwości emulsji powinny być stabilne. 

Prawidłowa procedura wymiany emulsji ma duże znaczenie dla zapewnienia długiego okresu wymiany. Najważniejsze jest usunięcie zanieczyszczeń z układu zasilania i jego dezynfekcja przed zalaniem świeżej emulsji. Dezynfekcję przeprowadza się przez dodanie specjalnych środków dezynfekująco-myjących do emulsji przed jej zlaniem z obrabiarki. W ciągu kilkugodzinnej cyrkulacji następuje oczyszczenie emulsji z mikroorganizmów, a jednocześnie znaczna część tłustych osadów ulega rozpuszczeniu. Następnie emulsję się zlewa i przepłukuje układ wodą. Po usunięciu wody, przeglądzie układu i usunięciu pozostałych w nim zanieczyszczeń, jest on gotowy do zalania świeżą emulsją. Wymianę emulsji należy prowadzić w kolejności ciągu technologicznego, tj. należy zaczynać na obrabiarkach prowadzących początkowe operacje, a kończyć - na wykonujących operacje końcowe (żeby zanieczyszczona emulsja z obrabianymi detalami nie trafiała do świeżej). 

W podsumowaniu, jakkolwiek użytkownik emulsji do obróbki metali ma dużo możliwości poprzez właściwą organizację pracy i zabiegi pielęgnacyjne uzyskać długi okres poprawnej pracy, jakość samej emulsji jest istotna dla prawidłowej eksploatacji i pozwala ograniczać koszty tychże zabiegów pielęgnacyjnych oraz ograniczyć straty wynikające z kosztów wymiany lub złej, jakości wykonanych detali. 

2. Technologie środków pomocniczych do obróbki metali 

Firma MT-OIL GROUP s.c. z Grudziądza jest wyspecjalizowanym producentem środków pomocniczych do obróbki metali: olejów emulgujących i nieemulgujących do obróbki metali skrawaniem i obróbki plastycznej, a także środków do konserwacji, obróbki cieplnej, past i innych pokrewnych wyrobów. MTOIL bazuje na własnych technologiach, wynikających z wieloletnich prac badawczo-wdrożeniowych i długotrwałej obecności na rynku. Produkcja prowadzona jest z wykorzystaniem składników czołowych producentów zagranicznych i krajowych. Firma oferuje także serwis techniczny i technologie pielęgnacji olejów obróbkowych, pozwalających znacznie wydłużyć okres ich wymiany.

3. Asortyment olejów emulgujących do obróbki skrawaniem

Oleje emulgujące MTOIL produkowane są według własnej technologii, wykorzystującej praktycznie wszystkie możliwości, wynikające z aktualnej wiedzy na temat produkcji olejów emulgujących do obróbki metali. Produkty te dorównują najnowocześniejszym wyrobom, oferowanym na świecie. Cecha szczególna olejów emulgujących MTOIL to wysoka stabilność w trakcie poprawnej eksploatacji, uzyskana przy braku negatywnego wpływu na zdrowie pracowników. Wysoka stabilność została uzyskana poprzez wykorzystanie składników odpornych na działanie mikroorganizmów w połączeniu z "miękkimi" dodatkami konserwującymi. Produkty te są wykonywane na bazie głęboko oczyszczonego bezsiarkowego oleju mineralnego. Ten rodzaj oleju, o jakości porównywalnej z komponentami do produkcji kosmetyków, jest odporny na działanie bakterii beztlenowych, które wymagają organicznych związków siarki do własnej przemiany materii. Nie ma siarki - nie ma bakterii beztlenowych -nie ma przykrego zapachu siarkowodoru i korozji, to prosta, aczkolwiek dość kosztowna zasada. Ze składu olejów emulgujących MTOIL wyeliminowano niestabilne, aczkolwiek tanie emulgatory, np. kwas oleinowy. Stabilność olejów emulgujących MTOIL pozwala uzyskiwać okresy wymiany od 3 miesięcy do dwóch lat przy minimalnym zakresie zabiegów pielęgnacyjnych. Emulsje na bazie koncentratów MTOIL zachowują się poprawnie przy spadku pH od początkowego poziomu 9,5 do 8,0 i zasadniczo nie wymagają korekty dodatkami konserwującymi lub trójetanoloaminą w trakcie całego okresu eksploatacji. Inne szczególne cechy tych emulsji - łatwość ich przygotowania, praktyczny brak zapachu, także w długim okresie eksploatacji, niska tendencja do pienienia, brak osądów (emulsje nie zawierają kwasu borowego - głównej przyczyny powstawania osadów w trakcie eksploatacji), kompatybilność z elastomerami i lakierami, pozytywny wpływ na trwałość narzędzi, nawet przy znacznym odchyleniu od optymalnego stężenia, skuteczna ochrona przed korozją - na czas magazynowania międzyoperacyjnego i transportu suchych detali w opakowaniu. MTOIl oferuje cztery podstawowe gatunki koncentratów emulsji do obróbki skrawaniem. Ze względu na brak miejsca, chciałbym dokładniej omówić dwa z nich. 

HighCool tworzy emulsje mleczne. Jest przeznaczony do obróbki wiórowej i obróbki plastycznej. Został opracowany specjalnie dla potrzeb walcowni i ciągarni wyrobów stalowych. Emulsja zapewnia optymalny współczynnik tarcia, odpowiedni dla procesów obróbki plastycznej, a także doskonałe właściwości smarne, odpowiednie do obróbki wiórowej. Jakkolwiek HighCool jest olejem półsyntetycznym tworzy stabilne emulsje, równie trwałe, jak emulsje półsyntetyczne czołowych światowych producentów. Jest lubiany również przez małe warsztaty obróbki skrawaniem, ponieważ przy stosunkowo niskiej cenie, w warunkach eksploatacji dość dalekich od optymalnych, pozwala uzyskiwać poprawne wyniki obróbki w długim czasie. Osiągnięcie okresów wymiany ponad trzy miesiące nie stanowi w tych warunkach problemu. W centralnych układach smarowania przy systematycznej filtracji, możliwy jest okres wymiany ponad 1 rok. 

Emulsje na bazie koncentratu HighCool, z początkowym poziomem pH ok. 9,5 są przeznaczone przede wszystkim do obróbki stali i żeliwa, jakkolwiek użytkownicy stosują je z powodzeniem także do obróbki stopów miedzi i aluminium. 

HighCool Plus jest koncentratem półsyntetycznym, tworzącym emulsje półprzejrzyste, uniwersalne, odpowiednie do obróbki wiórowej i szlifowania. Są szczególnie zalecane dla zakładów obróbki metali z centralnymi układami zasilania lub zakładów stosujących równocześnie obróbkę wiórową i szlifowanie. W centralnych układach zasilania, wyposażonych w filtry, może być stosowany przez okres rzędu jednego roku bez pogorszenia właściwości użytkowych. 

Emulsje na bazie koncentratu HighCool Plus, z początkowym poziomem pH ok. 9,5 są przeznaczone przede wszystkim do obróbki stali i żeliwa, jakkolwiek użytkownicy stosują je z powodzeniem także do obróbki stopów miedzi i aluminium.