Оптимизация Подача охлаждающей жидкости Для прецизионной шлифовки: за пределами сопла

Вы только что приобрели высококачественное керамогранитное покрытие. Колесо CBN. The размер зерна Всё идеально. Твёрдость сцепления точно соответствует рекомендациям инженера-технолога. Вы нажимаете кнопку запуска цикла, и через десять минут заготовка покрывается синими следами от пригорания. Первое, что приходит в голову, — позвонить производителю шлифовального круга и пожаловаться на “твёрдый” круг. Но прежде чем ответить на звонок, посмотрите на форсунки подачи охлаждающей жидкости. Действительно ли они подают жидкость в зону шлифования, или просто промывают защитные кожухи? Во многих цехах высокоточной обработки подача охлаждающей жидкости является наиболее неправильно понимаемым и недооцениваемым фактором во всём производственном процессе.

Шлифовка — это, по сути, процесс выделения тепла, в ходе которого удаляется металл. Примерно 901 ТБ энергии, затраченной на шлифовку, преобразуется в тепло. Если это тепло остается в обрабатываемой детали, металлургические свойства изменяются. Возникают остаточные растягивающие напряжения, трещины и размягчение. Задача охлаждающей жидкости не просто “охлаждать”. Она должна смазывать абразивные зерна, удалять стружку и предотвращать засорение шлифовального круга. И самое главное, она должна преодолеть невидимую воздушную преграду, которая защищает каждый высокоскоростной шлифовальный круг.

Проблема воздухонепроницаемости: почему охлаждающая жидкость никогда не достигает зоны шлифовки.

Вращающийся на высокой скорости шлифовальный круг действует как центробежный вентилятор. Он затягивает слой воздуха вдоль своей периферии. Это пограничный слой воздуха. По мере увеличения скорости вращения круга этот слой становится гидродинамическим барьером высокого давления. Если ваш круг вращается со скоростью 35 м/с или быстрее, он создает “ветер”, который может легко отклонять потоки охлаждающей жидкости низкого давления. Вы можете видеть, как жидкость разбрызгивается повсюду, но фактическая точка контакта — “зазор” — абсолютно сухая. Это называется пленочным кипением. Жидкость превращается в пар, прежде чем сможет коснуться металла.

Техническая реальность проста. При скорости вращения колеса выше 30 м/с воздушный барьер становится достаточно плотным, чтобы отталкивать жидкость, подаваемую по стандартным пластиковым шлангам типа “loc-line”. Когда охлаждающая жидкость не может проникнуть через этот слой, температура на границе раздела резко возрастает до 800 °C и выше за миллисекунды. Это уже не шлифовка, а сварка трением.

Для решения этой задачи необходимо согласовать скорость струи охлаждающей жидкости со скоростью вращения шлифовального круга. Цель состоит в том, чтобы “пробить” воздушный барьер. Если ваш шлифовальный круг движется со скоростью 40 м/с, скорость охлаждающей жидкости также должна составлять 40 м/с. Это позволит жидкости перемещаться вместе с кругом в зону шлифовки, а не уноситься потоком воздуха. Скорость струи можно рассчитать, используя давление насоса. Например, при давлении 10 бар скорость струи обычно составляет около 45 м/с. Если давление составляет 2 бар, скорость струи составляет всего около 20 м/с. У нее не будет шансов против высокоскоростного шлифовального круга.

Давление и расход: критическое равновесие

Мы часто слышим, как операторы говорят, что им нужно “больше охлаждающей жидкости”. Обычно они имеют в виду больший поток, но иногда им на самом деле нужно больше давления. Эти два фактора служат разным целям. Расход, измеряемый в л/мин, отвечает за основной отвод тепла. Он отводит тепло от станины станка и заготовки. Давление, измеряемое в барах или PSI, обеспечивает попадание жидкости в нужное место и очистку пор шлифовального круга.

Для стандартного шлифования поверхностей стандартным является расход 1,5–2,0 литра в минуту на каждый миллиметр ширины шлифовального круга. Если ширина круга составляет 50 мм, необходим расход не менее 75 л/мин. Давление при этом может оставаться относительно низким, около 2–4 бар, при условии идеального расположения сопла. Однако ситуация меняется при шлифовании с медленной подачей или глубоком долблении. В этих случаях дуга контакта длинная. Стружке некуда деваться. Она застревает в порах круга и трется о заготовку, вызывая сильные скачки температуры.

В условиях медленной подачи необходима “очистка” под высоким давлением. Обычно это давление составляет от 10 до 20 бар. Это высокое давление не просто охлаждает; оно механически удаляет стружку из структуры шлифовального круга до того, как круг начнет вращаться обратно в зону резания. Без такой очистки под высоким давлением круг “забивается”, силы шлифования резко возрастают, а нагрузка на шпиндель увеличивается до тех пор, пока станок не выйдет из строя или деталь не будет испорчена.

Конструкция и расположение сопла

Форма струи охлаждающей жидкости имеет такое же значение, как и давление. В большинстве мастерских используют стандартные веерные сопла, поскольку они охватывают большую площадь. Это ошибка для точной работы. Веерные сопла приводят к распылению жидкости и быстрому снижению скорости. К тому моменту, когда жидкость проходит 100 мм от кончика сопла, она значительно замедляется и теряет направленность. Она превращается в туман, а не в струю.

Когерентные струйные форсунки — это золотой стандарт. Они сконструированы таким образом, чтобы удерживать жидкость в твердом, стекловидном столбике на значительно большем расстоянии. Они максимизируют кинетическую энергию жидкости. При использовании когерентных форсунок можно поддерживать высокую скорость даже на расстоянии 200 мм от зоны шлифовки. Однако расстояние по-прежнему остается вашим врагом. Всегда располагайте форсунку как можно ближе к точке контакта.

Следующий важный фактор — угол подачи. Сопло следует направлять под углом 10-15 градусов к касательной к колесу, прямо в зону соприкосновения колеса с деталью. Не следует направлять струю на поверхность колеса на несколько сантиметров выше зоны резания. К тому моменту, когда жидкость достигнет зоны резания, центробежная сила уже отбросит половину жидкости от колеса. Необходимо, чтобы жидкость “заклинилась” в зоне соприкосновения за счет вращения самого колеса.

• Жесткость: Для насадок используйте трубки из нержавеющей стали или меди. Пластиковые шланги вибрируют и смещаются под высоким давлением.
• Ширина: Сопло должно быть немного шире колеса, чтобы обеспечить охлаждение его краев.
• Многообразия: Используйте коллектор для обеспечения нескольких точек прицеливания для сложных геометрических форм деталей.

Химический состав охлаждающих жидкостей для различных материалов

Универсальной жидкости не существует. Химический состав охлаждающей жидкости влияет на всё, от качества поверхности до срока службы уплотнений вашего станка. Водорастворимые масла (эмульсии) — это основные рабочие жидкости в отрасли. Благодаря высокой удельной теплоемкости воды, эти жидкости отлично отводят тепло. Они являются предпочтительным выбором для шлифовки различных сталей, где основной проблемой является термическое повреждение.

Чистые масла обеспечивают наилучшую смазку. Они уменьшают трение между абразивным зерном и металлом, что фактически предотвращает выделение тепла. Масло необходимо для шлифовка карбидами. Почему? Потому что жидкости на водной основе могут вызывать “выщелачивание кобальта”. Кобальт — это связующее вещество, которое удерживает карбид вместе. Если он выщелачивается, инструмент становится хрупким и склонным к сколам. Использование чистого масла также значительно продлевает срок службы шлифовального круга, уменьшая эрозию связующего вещества.

Синтетические жидкости часто используются при работе с суперабразивами, такими как CBN. Они обладают отличной химической стабильностью и не оставляют липких следов, как некоторые масла. Кроме того, они обеспечивают лучшую прозрачность, что помогает операторам лучше видеть деталь. Независимо от типа жидкости, необходимо контролировать уровень pH. Следует стремиться к значению pH от 8,8 до 9,2. Если оно опустится ниже 8,5, начнут размножаться бактерии, и ваше оборудование начнет ржаветь. Если оно опустится выше 9,5, это может вызвать раздражение кожи у операторов и повредить лакокрасочное покрытие оборудования.

Признаки неисправности системы охлаждения

Не всегда нужен датчик, чтобы понять, что что-то не так. Детали и станок сами подскажут, если вы знаете, на что обращать внимание. Частая правка шлифовального круга часто является признаком плохого охлаждения, а не неисправности самого круга. Если вам приходится править круг каждые три детали из-за большого количества металла, значит, охлаждающая жидкость неэффективно вымывает стружку.

Не стоит игнорировать и запах. Запах “тухлых яиц” указывает на рост анаэробных бактерий. Обычно это происходит в застойных зонах резервуара. Это не только неприятно, но и изменяет смазывающие свойства жидкости, что может привести к нестабильным результатам помола. Регулярная проверка концентрации с помощью рефрактометра обязательна. Не гадайте. Концентрация 5% выглядит точно так же, как концентрация 2%, на первый взгляд, но разница в производительности огромна.

Заключение

Прецизионная шлифовка — это система. Шлифовальный круг, станок и охлаждающая жидкость должны работать в гармонии. У вас может быть лучший в мире шлифовальный круг, но если охлаждающая жидкость не сможет преодолеть воздушный барьер, вы никогда не достигнете своих производственных целей. Мы видели, как цеха удваивали скорость подачи, просто перейдя от пластиковых шлангов к жестким, герметичным соплам и увеличив давление насоса. Это самый дешевый способ повысить производительность без покупки нового станка.

В Чжэнчжоу Zhongxin шлифовальный круг Co., Ltd., мы разрабатываем наши Стекловидные и скрепленные смолой колеса Для работы на самых высоких скоростях и с самыми твердыми материалами. Мы знаем, что наши продукты работают наилучшим образом, когда их поддерживает надежная стратегия охлаждения. Если вы сталкиваетесь с термическими повреждениями или коротким сроком службы шлифовального круга, пора задуматься не только о сопле. Оптимизируйте подачу материала, подберите оптимальные скорости и наблюдайте, как резко возрастает эффективность шлифовки. Наша техническая команда всегда готова помочь вам подобрать подходящий шлифовальный круг в соответствии с возможностями вашей охлаждающей жидкости, чтобы обеспечить идеальную шлифовку каждой детали.