سیال برش چیست؟
سیال برش [به انگلیسی: Cutting Fluid] به سیالاتی گفته میشود که معمولاً در حین انجام عملیات ماشینکاری (یا برش) از آنها استفاده میشود. عملیات ماشینکاری میتواند هر نوعی را شامل شود، مانند فرزکاری، تراشکاری، سوراخکاری، قلاویزکاری و غیره. گاهی اوقات یک سیال برش را سیال خنککننده نیز مینامند، اما این نامگذاری نادرست است. زیرا سیال برش عملکردهای زیادی دارد و خنک کردن ابزار و قطعهکار تنها یکی از آنهاست.
سیال برش عمدتاً برای حذف گرمای تولید شده در حین برشکاری و سایر فرآیندهای ماشینکاری استفاده میشود. همچنین، در برخی موارد به عنوان روانکننده نیز از آن استفاده میشود. سیالهای برش میتوانند به صورت مایع یا گاز باشند. بعلاوه، آنها اصطکاک بین ابزار و قطعهکار را کاهش داده و باعث بهبود شرایط ماشینکاری و افزایش عمر ابزار میشوند. اگر مقدار دقیقی از سیال برش استفاده شود، میتواند حرارت را به محض ایجاد حذف کند. بنابراین، سیالات برش برای افزایش راندمان تولید ضروری هستند.
قبل از کشف فولادهای تندبر (HSS)، مشکلی در انتخاب سیال برش وجود نداشت و بدلیل ماشینکاری با سرعت پایین از آب به عنوان سیال خنککننده استفاده میشد. اما پس از کشف فولادهای تندبر (HSS)، استفاده از آب مناسب نبود زیرا گرمای تولیدی در حین ماشینکاری به دلیل ماشینکاری با سرعت بالا زیاد بود. بنابراین، سیالات برش متفاوتی برای فرآیندهای ماشینکاری کشف و ساخته شدند.
طبقهبندی سیال برش
1- روغن خام
روغنهای خام غیر امولسیونکننده هستند. این روغنها بدون نیاز به رقیق شدن با آب استفاده میشوند. ترکیبات این نوع روغن، مواد معدنی پایه یا روغن نفتی است. نمونههایی از روغن خام عبارتند از: روغن پارافین، روغن نفتنیک، روغن گیاهی. در سیستمهایی که روغن دوستدار محیطزیست مورد نیاز است، از روغن گیاهی به دلیل ویژگی زیست تخریبپذیری استفاده میشود. روغنهای خام برای روانکاری بهترین هستند، اما نمیتوانند به عنوان یک خنککننده خوب عمل کنند.
2- روغن محلول
روغنهای محلول از مخلوط کردن روغن معدنی و آب ساخته میشوند. این روغنها در ماشینکاری فلزات آهنی و غیرآهنی زمانی استفاده میشوند که کیفیت خنککنندگی بالا مورد نیاز بوده و ظرفیت برادهبرداری خیلی زیاد نباشد. یک روغن محلول در حالت رقیق به خوبی عمل میکند و علاوه بر انتقال حرارت، روانکاری عالی را نیز ارائه میدهد. روغنهای محلول از پرمصرفترین سیالات در صنعت هستند و قیمت مناسبی دارند.
3- روغن معدنی
روغنهای معدنی معمولاً در ماشینهای تولید بالا که سرعت حذف فلزات بالایی دارند، یافت میشوند. از آنها در عملیات برش سنگین استفاده میشود زیرا خاصیت روانکنندگی بسیار خوبی دارند. از معایب این روغنها این است که خورنده هستند، بنابراین برای مس یا آلیاژهای آن استفاده نمیشوند.
4- مایعات مصنوعی
از آنجایی که این مایعات مصنوعی هستند، حاوی روغن معدنی یا نفت نمیباشند. این مایعات مبتنی بر آب هستند و آب هم خاصیت خنککنندگی بسیار خوبی دارد. مشکل مایعات مصنوعی در این است که روانکننده خوبی نیستند و همچنین باعث خوردگی فلزات میشوند. با افزودن بازدارندههای خوردگی به مایعات مصنوعی میتوان از خوردگی ابزار و قطعهکار جلوگیری کرد.
5- مایعات نیمه مصنوعی
مایعات نیمه مصنوعی از ترکیب مایعات مصنوعی و روغنهای محلول ساخته میشوند. در مایعات نیمه مصنوعی، تقریباً 5 تا 20 درصد از روغن معدنی با آب مخلوط میشود تا میکروابریژن ایجاد کند. مایعات نیمه مصنوعی خواص خنککنندگی بسیار خوبی دارند و قیمت آنها مابین قیمت مایعات مصنوعی و روغنهای محلول است.
6- روانکنندههای جامد و خمیری
این روانکنندهها در فاز جامد یا به صورت خمیری هستند و مستقیماً روی قطعهکار یا ابزار قرار میگیرند. برخی از نمونههای این روانکنندهها عبارتند از دی سولفید مولیبدن، گرافیت، چوب موم و غیره.
7- روغن برش
روغن برش با مخلوط کردن مواد معدنی و روغن چرب ساخته میشود و از آن هم به عنوان خنککننده و هم به عنوان روانکننده استفاده میشود.
کاربرد سیال برش
سیال برش را میتوان برای اهداف مختلف در عملیات تراشکاری استفاده کرد. برخی از کاربردهای آن در زیر ذکر شده است:
- به عنوان خنککننده استفاده میشود: وظیفه اصلی که سیال برای آن کشف شد خنک کردن ابزار و قطعهکار است. با این کار میتوان سایش ابزار، انبساط حرارتی ابزار را کاهش دهیم.
- برای روانکاری استفاده میشود: از سیالات برش برای روانکاری استفاده میشود. با روانکاری، برادهها و سایر آلایندهها به راحتی از قطعهکار پاک میشوند.
- برای تمیز کردن قسمت ماشینکاری شده استفاده میشود: سیالات برش به عنوان یک عامل پاککننده نیز استفاده میشوند و گرد و غبار را در نزدیکی و داخل منطقه برش پاک میکنند. این حذف گرد و غبار مهم است زیرا گرد و غبار میتواند باعث ایجاد سطح ناهموار شود.
- برای کاهش اصطکاک استفاده میشود: سیال برش اصطکاک بین ابزار و قطعهکار را کاهش میدهد که نیروهای برش را پایین نگه میدارد و همچنین تولید گرما را کاهش میدهد.
- برای بهبود پوشش سطح با محافظت از سطح تازه تشکیل شده از اکسیداسیون و خوردگی استفاده میشود.
- برای جلوگیری از زنگزدگی استفاده میشود.
- استفاده از آنها امکان ماشینکاری با سرعتهای برش بالاتر و نرخ حذف فلزات بیشتر را فراهم میکند.
- از تشکیل لبههای ساخته شده جلوگیری میکند.
- همچنین برای استخراج برادهها از ناحیه برش استفاده میشود.
نحوه انتخاب سیال برش
انتخاب سیال برش در فرآیندهای ماشینکاری به عوامل مختلفی بستگی دارد که در زیر آورده شدهاند:
1- نوع فرآیند ماشینکاری
به طور معمول، ماشینکاری دشوارتر، نیازمند سیال برش بیشتری است. روغن برش سنگین برای فرآیندهای ماشینکاری سنگین مانند رزوه کردن با قلاویز مورد نیاز است. روغنهای برش سنگین باید در برش افقی استفاده شوند، اما در فرآیند برش عمودی، امولسیونها و محلولها مناسبترند. برای فرآیند سوراخکاری و قلاویزکاری ویژگی خنککننده سیال برش از اهمیت بیشتری برخوردار است.
2- جنس قطعهکار
عامل بعدی برای انتخاب سیال برش، جنس قطعهکار است. گروه چدن در هنگام ماشینکاری شکننده هستند و به همین دلیل هنگام ماشینکاری آنها برادههای کوچکی تولید میشوند که اصطکاک زیادی ایجاد نمیکنند. بنابراین باید از امولسیون به عنوان سیال برش در آنها استفاده شود. برای فولادها و فولادهای ضدزنگ، باید از روغنهای برش فشار بالا استفاده شود. برای ماشینکاری آلیاژهای فولادی نیز از سیالات برش مبتنی بر آب استفاده میشود، زیرا مقاوم در برابر حرارت هستند.
3- جنس ابزار
یکی دیگر از عوامل انتخاب سیال برش، جنس ابزار برش است. ابزارهای برش فولادی تندبر را میتوان با هر نوع سیال برشی استفاده کرد، اما زمانی که جنس قطعهکار سخت باشد، سیال برش بدون آب برای ماشینکاری استفاده میشود. برای ابزارهای با جنس کاربایدهای تنگستن، ویژگیهای خنککنندگی سیالات برش مهمتر است، زیرا حرارت بالاتری هنگام ماشینکاری با این ابزارها تولید میشود.
خواص سیال برش خوب:
- خواص آنتی ویروس خوبی داشته باشد.
- به راحتی کف نکند.
- از نظر شیمیایی خنثی باشد و نباید به ماشین و اپراتور آسیب برساند.
- دارای حرارت مخصوص بالا یا قابلیت جذب حرارت بالا برای پخش گرمای تولیدی در حین ماشینکاری باشد.
- شفاف باشد تا اپراتورها در ناحیه برش دید داشته باشند.
- خاصیت روانکنندگی خوبی داشته باشد تا اصطکاک را در حین ماشینکاری کاهش دهد.
- غیر سمی باشد و بخارات سمی ایجاد نکند.
- بدون بو باشد و در دماهای بالا هیچ بویی ایجاد نکند.
- ویسکوزیته پایینی داشته باشد تا بتواند به راحتی روی قطعهکار جاری شود.
- خاصیت خورندگی نداشته باشد.
- اندازههای مولکولی کوچکی داشته باشد تا بتواند به رابط ابزار تراش نفوذ کند و به سرعت پخش شود.
- نقطه اشتعال بالایی داشته باشد و به دلیل گرمای تولیدی در حین ماشینکاری نباید بسوزد.