SELEZIONE DI OLI INTERI PER OPERAZIONI DI LAVORAZIONE DEI METALLI di Manuel Amadio 1. Confronto tra emulsionabili ed oli interi. Prima dell introduzione di emulsioni e soluzioni le operazioni venivano effettuate esclusivamente con oli interi. Oggi invece sono rimaste poche le aree di competenza esclusiva degli oli interi : - operazioni difficili - trattamento di ruote dentate - filettatura alla rullatrice di materiali ad alta tensione - brocciatura di materiali altamente legati - foratura profonda (profondità almeno 10 volte il diametro) - filettatura interna di grandi diametri - rettifica di forme - trattamento di materiali incompatibili con acqua (magnesio e sue leghe) In tutti gli altri casi le operazioni di taglio sono effettuate con entrambi i tipi di refrigerante. Il seguente schema Vi potrà aiutare nella decisione di lavorare con olio intero oppure con emulsione : Vantaggi offerti dagli emulsionabili Vantaggi offerti dagli oli interi * proprietà raffreddanti ottimali nel caso * operazioni di taglio severe con di operazioni di taglio molto veloci e basse velocità di taglio spessori elevati * lunga durata di utensili * non si formano nebulizzazioni né vapori * migliori qualità superficiali o veli d olio consistenti * durata d esercizio maggiore rispetto * nessun pericolo d infiammabilità al refrigerante * nessun problema nei processi di lavaggio * miglior compatibilità con oli successivi alla lavorazione estranei * buona protezione antiruggine Il prospetto che segue mostra l uso di entrambi i prodotti nelle operazioni di taglio. Segue Tabella 1.1 1
(Tabella 1.1) Oli interi ed emulsionabili per le differenti operazioni di taglio Tipo di operazione di taglio Fluido prescelto per la lavorazione dei metalli Emulsionabile Intero TORNITURA F R FORATURA F R FORATURA PROFONDA MF F FRESATURA F R BROCCIATURA F F LAVORAZIONI AUTOMATICHE MF F FRESATURA,FORMATURA TRUCIOLATURA INGRANAGGI R F RETTIFICA CILINDRICA E PIANA F R RETTIFICA DI FORMACON INGRANAGGIO PROFILATO ALLA MOLA R F RETTIFICA SENZA CENTRI F R RETTIFICA AD ALTA VELOCITA MF F LEVIGATURA MF F LAPPATURA MF F F = USO FREQUENTE MF = USO MENO FREQUENTE R = USO RARO 2
2. Uso degli oli interi. Per quanto riguarda la funzione degli additivi la seguente tabella può offrire un quadro generale sulla natura degli oli interi : (Tabella 2.1) Gruppo A Oli minerali desolforati per facili lavorazioni di rame e sue leghe ed alluminio. Gruppo B Oli additivati con sostanze polari, che posseggono buone capacità untuosanti e lubrificanti, per lavorazioni di metalli non ferrosi. Gruppo C Gruppo D Gruppo E Gruppo F Gruppo G Oli additivati con sostanze polari solforate; inattivi nei confronti del rame e sue leghe; per operazioni di filettatura. Oli minerali solforati; attivi nei confronti del rame e sue leghe, oli leggermente solforati con bassa lubricità. Miscela dei gruppi C e D con buone proprietà lubrificanti ed EP; attivi nei confronti del rame e sue leghe. Nella maggior parte dei casi miscele ad elevato contenuto di cloro, per il taglio di materiali difficili (Nichel, Cromo) e leghe con rame. Gruppo più importante perché comprende la maggior parte delle operazioni di taglio, grazie alla combinazione cloro-zolfo. Gruppo H Le buone proprietà EP sono supportate da sostanze polari aggiunte; ideale per materiali ferrosi e non ferrosi. Gruppo I Gruppo J Utilizzazione ad ampio raggio. Miscela raramente usata, poiché è difficilmente in grado di evitare problemi di corrosione. Gruppo K Particolarmente idoneo quando l usura dell utensile è elevata, grazie a buone proprietà antiusura. Gruppo L Oli leggermente additivati EP, inattivi nei confronti del rame e sue leghe. Segue (Tabella 2.2) 3
(Tabella 2.2) STRUTTURA DEI PRINCIPALI OLI INTERI A. B. Oli grassi. C. Oli grassi + zolfo D. Oli minerali + solfo Oli minerali + E. Oli grassi + zolfo Additivi migliorativi della Oli minerali + zolfo protezione antiruggine Proprietà miste F. Cloroparaffine Comportamento schiuma Proprietà untuosanti G. Cloroparaffine Proprietà di risciaquo Oli grassi + zolfo Stabilità all ossidazione H. Oli grassi + cloro I.Oli grassi + cloro Oli grassi + zolfo J. Oli grassi + cloro + Zolfo K. Composti zolfo + fosforo L. Composti fosforo 4
La scelta dell olio adatto per operazioni di taglio dipende da diversi fattori : - tipo di materiale - informazioni sul taglio : modo di erogazione olio, velocità di taglio - materiale dell utensile Nel caso in cui tutti i fattori ad eccezione dei materiali da lavorare siano costanti, può essere ricavata la cosiddetta lavorabilità o indice di lavorabilità : Il materiale standard ha l indice di taglio pari a 100. Con un indice superiore a 100 abbiamo buone proprietà di taglio. Con un indice inferiore a 100 abbiamo peggiori proprietà di taglio. Confrontare la tabella 3.1 Consideriamo di seguito tutti i criteri, ad esempio per le diverse operazioni di taglio in merito alle proprietà del materiale ed all additivazione degli oli interi. Confrontare dalla tabella 3.2 fino alla 3.7 5
3. Classificazione dei materiali in funzione della scelta degli oli da taglio interi tabella 3.1 Gruppo Materiali Gruppo 1 Gruppo 2 Gruppo 3 Gruppo 4 Gruppo 5 Gruppo 6 Materiali (esempi selezionati) Normali operazioni di taglio dell acciaio : - acciai non legati e bassamente legati induriti e temprati ( C15, C35, 16 Mn Cr 5 ) - acciaio da lavorare ( 9S20, 9S MnPb23) - acciai per costruzione ( St 37, St 60 ) Operazioni difficili di taglio dell acciaio : - acciai altamente legati induriti e temprati ( 24 CrMo 5, 42 CrMo 4 ) - acciai altamente legati al cromo ( X 8 Cr 17, X 40 Cr 13 ) - acciai al cromo resistenti alla corrosione e agli acidi ( X2CrNi 189, X10CrNiMoNb 1810 ) - acciai fusi/colati (GS-Ck 16, CS-37 SiMn 75 ) Operazioni di taglio più difficili per materiali speciali : - nichel e sue leghe ( NiCr 10, NiCr 1820 ) - acciai al manganese e al manganese silicio ( 40 MnCr 22, 65 SiMn 5 ) - acciai al cromo molibdeno ( 24 CrMo 5, X 6 CrMo 4 ) - acciai al silicio ( 38 Si 6, 55 Si 7 ) - titanio e sue leghe ( TiAl 6 V 4, TiAl 7 Mo 4 ) Ghisa e ghisa malleabile ( GG-25, GTS-45 ) Metalli non ferrosi - Rame e sue leghe ( G-Ms 65, G-CuSn 10 Zn ) Metalli leggeri - alluminio e leghe di magnesio ( Al Mg 5, Al Mg Si 1 ) Indice di taglio (valori medi) 80 50 25 60 fino 110 100 fino 600 300 fino 2000 6
Tabella 3.2 LEVIGATURA Campo d applicazione Additivazione Viscosità mm2/s a 40 C Punto di fiamma V.A. Gruppi di materiale : 1, 2, 3, 5 pietre al corindone/diamante Additivi polari ed additivi EP, nella maggior parte dei casi l attività dello zolfo è assente o solo limitata 5 a 9 110 a 130 C Gruppi di materiale : 1, 2,3 elevato regime con pietre al diamante Additivi polari ed additivi EP, nella maggior parte dei casi l attività dello zolfoè assente o solo limitata 17 a 26 130 a 160 C Gruppi di materiale : 4 Additivi EP, non sono presenti sostanze polari solide, o solo in misura limitata 5 a 9 110 a 130 C 7
Tabella 3.3 TAGLIO INGRANAGGI Materiali Punzonatura e formatura ingranaggi Truciolatura ingranaggi Gruppo 1, 2 e 4 materiali di normale e severa lavorabilità, materiali di ghisa B, E fino L 35 fino 45 mm2/s a 40 C B, E fino L. Spesso effetto differente per ghisa con grafite modulare o lamellare. per coefficiente m > 2,5 35 fino 45 mm2/s a 40 C per coefficiente m < 2,5 15 fino 25 mm2/s a 40 C Gruppo 3 materiali di difficile lavorabilità F, G, H, I, J 35 fino 45 mm2/s a 40 C B, E fino L 35 fino 45 mm2/s a 40 C Gruppo 5 metalli non ferrosi B, C, F, G, J 20 fino 45 mm2/s a 40 C B, C, F, G, J 15 fino 45 mm2/s a 40 C 8
Tabella 3.4 FORATURA PROFONDA Materiali Additivi, viscosità Gruppo 1 : materiali di normale lavorabilità C, E, G, I, J 10 fino 15 mm2/s a 40 C Gruppo 2 e 3 : materiali di difficile o molto difficile lavorabilità G, I, J 10 fino 20 mm2/s a 40 C Gruppo 4 : ghisa e ghisa malleabile F, G, H, I 12 fino 20 mm2/s a 40 C Gruppo 5 : metalli non ferrosi C, G, H, I 10 fino 12 mm2/s a 40 C Gruppo 6 : metalli leggeri C, G, H, I 10 fino 12 mm2/s a 40 C 9
Tabella 3.5 BROCCIATURA Materiali Additivi, viscosità Gruppo 1 : acciai di normale lavorabilità C, D, E, G, K Componenti a base di zolfo attivo per spigoli riportati Gruppo 2 e 3 : materiali di difficile e molto difficile lavorabilità E, G, I, J Per materiali al titanio spesso E, L Gruppo 4 : ghisa e ghisa malleabile Raramente oli con additivi C, D, E, G; nella maggior parte dei casi emulsioni o a secco Gruppo 5 : metalli non ferrosi B, C, G, K Senza zolfo attivo. Gruppo 6 : metalli leggeri B, C, E, J Viscosità: 14 fino 18 mm2/s a 40 C 10
4.Ottimizzazione dei moderni oli interi da taglio esenti da cloro Una conoscenza degli esatti processi chimici e fisici che avvengono durante le operazioni di lavorazione è necessaria per poter sviluppare lubrorefrigeranti esenti da cloro e miscibili in acqua. Le funzioni del cloro e di altri additivi EP/AW (estreme pressioni/anti-wear), ed i loro limiti di carico e temperatura giocano un ruolo decisivo in questo ambito. L assenza di composti al cloro crea un intervallo tra i 120 C e 280 C nell ambito della temperatura d esercizio degli additivi EP/AW noti, che sono già stati in gran parte eliminati usando gli effetti sinergici di speciali composti fosforicosolforosi, sostenuti da nuovi esteri complessi ad alta pressione. Non ci sono più difficoltà nella sostituzione di cloroparaffine che erano contenute fino ad una percentuale del 10% nei lubrorefrigeranti non miscibili in acqua. I lubrorefigeranti con un contenuto di cloroparaffine di ca. 50% ed oltre possono anche essere parzialmente corretti con l additivazione di nuovi prodotti ecologicamente accettabili, senza causare particolari riduzioni di resa dei lubrorefrigeranti. È stata necessaria un gran quantità di lavoro teorico e pratico prima di ottenere questi risultati. Uno dei principali stadi di sviluppo è stata una moltitudine di test di laboratorio. Le macchine brocciatrici TANERT, ROLL, KORTHAUS, a quattro sfere e a dente singolo hanno prodotto risultati, i quali, se correttamente interpretati, hanno rivelato una correlazione tra applicazioni pratiche e di laboratorio. Quattro differenti materiali, ciascuno difficile da lavorare, sono stati testati sulla macchina brocciatrice a dente singolo, per prendere in considerazione l influenza dei singoli materiali. Test pratici e successivi ampi tests sul campo hanno portato allo sviluppo di un programma di lubrorefrigeranti esenti da cloro ed ecologicamente accettabili, che possono essere usati con successo nelle applicazioni pratiche. 11
Tabella 4.1 CAMPO/RAGGIO DI TEMPERATURA DEI DIFFERENTI ADDITIVI EP Temperatura max ADDITIVI approssimativa resa Sostanze ad azione polare Gliceridi vegetali ed animali 130 C Sostanze grasse sintetiche 200 C Inibitori antiusura ed additivi ad alta pressione Contenenti cloro 500 C Fosforo 800 C Zolfo 900 C Esenti da zolfo 1000 C Di Manuel Amadio CBA dei lubrificanti Spa 12
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