Почему для шлифовки зеркал требуется фильтрованная охлаждающая жидкость?

Вы потратили несколько часов на шлифовку формы до идеального зеркального блеска. А потом под светом вы видите одну-единственную царапину. Это портит всю работу и заставляет вас тратить деньги.

Фильтрованная охлаждающая жидкость необходима для зеркального шлифования, чтобы предотвратить появление царапин типа "хвост кометы", вызванных микроскопическим мусором. Она позволяет избежать вторичного резания, при котором стружка вдавливается обратно в поверхность, сохраняет пористость шлифовального круга и предотвращает тепловое расширение (сталь расширяется на 1,2 мкм/100 мм/°C), обеспечивая шероховатость поверхности ниже Ra 0,2 мкм.

Хотя высокоточный станок является основой, вспомогательная система поддержки часто диктует конечный результат. При зеркальном шлифовании даже самое современное оборудование выйдет из строя, если нарушить условия охлаждения. Чтобы достичь субмикронного совершенства, охлаждающая жидкость должна рассматриваться как критический компонент геометрии станка, а не как простой расходный материал. Понимание механики управления охлаждающей жидкостью - это единственный способ сохранить финишную обработку и прибыль.

Как микронные частицы в грязной охлаждающей жидкости вызывают "хвосты комет" и царапины на поверхности?

Посмотрите на деталь под лучами света. Вы видите крошечные следы, тянущиеся по блеску. Эти следы разрушают визуальное качество вашего изделия.

Частицы микронного размера в грязной охлаждающей жидкости попадают между шлифовальным кругом и заготовкой. При вращении круга эти твердые частицы волочатся по поверхности, протачивая глубокие борозды, похожие на кометы с головой и исчезающим хвостом. Это физическое повреждение не позволяет добиться истинно зеркальной отделки.

Чтобы понять эту неудачу, нужно взглянуть на микроскопический уровень. Зеркальная шлифовка - дело тонкое. Мы пытаемся достичь шероховатость поверхности (Ra) 0,2 мкм или лучше¹. В грязной охлаждающей жидкости есть плавающие частицы. Это крошечные твердые частицы. Это могут быть отслоившиеся абразивные зерна с круга, металлическая стружка с детали или просто пыль с пола цеха.
Когда охлаждающая жидкость заливает зону шлифования, она уносит с собой эти частицы. Зазор между шлифовальным кругом и заготовкой невероятно мал. Частица застревает в этом зазоре. Круг вращается с большой скоростью. Он подхватывает частицу и тащит ее по поверхности заготовки.

Это действие создает "хвост кометы". Сначала частица проникает глубоко. Это голова кометы. Затем частица может покатиться, отскочить или разбиться. Царапина становится мельче и исчезает. Это хвост. Эти царапины обычно следуют за направлением вращения колеса или подачи стола. При 200-кратном увеличении хорошо видна точка "вырывания", где начинается повреждение.
Иногда частицы просто беспорядочно разлетаются. Это приводит к появлению неравномерных, случайных царапин по всей поверхности.
Существует еще один риск, который называется "вторичная резка²." Это происходит, когда скапливается стружка (металлическая стружка). Колесо вдавливает эту стружку обратно в металл. Он повторно режет поверхность, которую вы только что обработали. Это портит блеск и увеличивает шероховатость. Чтобы предотвратить это механическое повреждение, необходимо отфильтровать эти частицы.

Почему контроль температуры охлаждающей жидкости необходим для поддержания жестких допусков при длительных сменах?

Ваша первая часть утром идеальна. К обеду детали становятся слишком большими. Весь день вы гоняетесь за допуском и создаете брак.

Контроль температуры предотвращает тепловое расширение. Сталь расширяется примерно на 1,2 мкм на 100 мм при каждом повышении температуры на 1°C. Без охладителя охлаждающая жидкость нагревается, вызывая рост заготовки и ускоряя износ круга, что делает невозможным соблюдение субмикронных допусков, необходимых для зеркального шлифования.

Стабильность температуры - это секрет постоянства. При шлифовке зеркал мы часто работаем с допусками около 0,01 мм (10 мкм) или даже более жесткими, иногда до ±0,001 мм. Металл чрезвычайно чувствителен к нагреву.
Подумайте о математике. Для стали каждый раз, когда температура повышается всего на 1°C, металл расширяется. Он увеличивается примерно на 1,2 мкм на каждые 100 мм длины. Звучит незначительно. Но если во время длительной смены охлаждающая жидкость нагревается на 5°C или 10°C, размер детали значительно меняется. Вы можете отшлифовать деталь до правильного номера на экране, но когда она остынет, она уменьшится и выйдет за пределы допуска.

Нагрев также создает порочный круг для машины. Процесс шлифования создает трение. Это трение приводит к нагреву. Охлаждающая жидкость поглощает тепло. Если у вас нет охладителя, охлаждающая жидкость в баке становится все горячее и горячее.
Горячая охлаждающая жидкость не может эффективно охлаждать колесо. Колесо начинает страдать. Смазочная пленка разрушается. Трение увеличивается. Это приводит к "остеклению" или "проскальзыванию" колеса. Колесо трется вместо того, чтобы резать. При этом выделяется еще больше тепла. Это может привести к появлению следов ожогов на зеркальной поверхности.
В итоге получается ситуация, когда "чем больше шлифуешь, тем горячее становится". Высококлассные зеркальные шлифовальные машины должны использовать независимый холодильный агрегат³. Это позволяет поддерживать постоянную температуру жидкости. Это позволяет остановить тепловой дрейф до того, как он испортит вашу партию.

Какая система фильтрации подходит для вашего зеркального шлифования?

У вас есть фильтр, но охлаждающая жидкость все равно мутная. Стандартные фильтры пропускают опасную мелкую пыль и повреждают детали.

Для шлифовки зеркал необходима многоступенчатая система фильтрации, способная удалять частицы размером до 5 микрон. Начните с магнитного сепаратора для удаления железных опилок, затем используйте медную сетку или бумажный ленточный фильтр. И, наконец, фильтр тонкой очистки удаляет взвешенные частицы ила, чтобы защитить поры круга.

При выполнении высокоточных работ нельзя полагаться только на один метод фильтрации. Вам нужна глубокая защита. Мы рекомендуем использовать многоступенчатый подход к очистке охлаждающей жидкости.
Во-первых, используйте магнитная фильтрация⁴. В основном измельчению подвергаются черные металлы. Магнитный сепаратор удаляет тяжелые железные опилки и крупную стружку. Это защищает ваши насосы и снимает большую нагрузку с более тонких фильтров.
Во-вторых, используйте барьерный фильтр. Часто это медная сетка или бумажный ленточный фильтр. Охлаждающая жидкость проходит через этот физический барьер. Он улавливает частицы среднего размера и немагнитный мусор.

Однако для зеркальной отделки этого недостаточно. Необходимо удалить микроскопический ил. Даже частицы размером 10-20 микрон могут испортить поверхность оптического качества. Вам необходимо Фильтрация до 5 микрон⁵. В противном случае эти частицы будут забивать поры шлифовального круга. Забитый круг не может резать. Он трется и жжется.
Необходимо соблюдать строгий график замены. Регулярно проверяйте уровень загрязнения. Если охлаждающая жидкость выглядит грязной, то уже слишком поздно. Также необходимо герметизировать систему. Магазинная пыль - это враг. Держите бак закрытым, а трубопроводы - герметичными.
Чистая охлаждающая жидкость также защищает химический состав машины. Примеси могут разрушить антикоррозийные присадки в жидкости. Это приводит к коррозии на станине вашего дорогостоящего станка.

Стадия фильтрации	Удаление загрязнителя	Назначение
Магнитный сепаратор	Железные опилки, тяжелая стружка	Защита насосов, удаление сыпучих отходов
Бумажный/сетчатый фильтр	Средние частицы, зернистость колес	Предотвращает грубое загрязнение
Тонкая фильтрация	Частицы <5 микрон	Предотвращает появление царапин и засорение колес

Как концентрация охлаждающей жидкости позволяет сбалансировать смазывающие и охлаждающие свойства в зоне измельчения?

Вы добавляете воду, чтобы сэкономить. И вдруг колесо засоряется, а деталь сгорает. Смесь так же важна, как и сама машина.

Концентрация 8%-10% обеспечивает необходимую смазку для снижения трения и предотвращения затупления колеса. Хотя вода охлаждает лучше всего, более высокое содержание масла предотвращает горение и обеспечивает более гладкое покрытие. Чтобы разрушить воздушный барьер и достичь среза, необходимо сочетать это со струями высокого давления (3-5 МПа).

Найти баланс непросто. Вода - лучший охладитель в мире. Масло - лучший смазочный материал. В зеркальном шлифовании вам нужно и то, и другое.
Если концентрация слишком низкая (обедненная), вы используете в основном воду. Вы получаете отличное охлаждение, но плохую смазку. Абразивные зерна на круге будут быстро изнашиваться. Поры круга будут забиваться металлом. На детали могут появиться следы ожогов из-за слишком высокого трения.
Если концентрация слишком высока (богатая), значит, у вас слишком много масла. Тепло не отводится достаточно быстро. Деталь может термически деформироваться.

Для зеркального шлифования мы рекомендуем более высокую концентрацию, чем для стандартного шлифования. Ориентируйтесь на 8% - 10%. Мы предпочитаем Эмульсии для экстремальных давлений⁶ или жидкостей на масляной основе. Эта богатая смесь создает прочную смазочную пленку. Она делает процесс резки более плавным. Она помогает достичь чистоты обработки Ra ≤ 0,2 мкм.
Но его нельзя просто налить. Зона измельчения нагревается до 1000°C. Вращающееся колесо создает воздушный барьер, который блокирует жидкость. Вам нужна сила. Вы должны использовать струи высокого давления⁷В идеале - от 3 до 5 МПа. Это давление пробивает воздушный барьер. Оно подает насыщенную охлаждающую жидкость непосредственно к месту контакта. Она сразу же смывает стружку, чтобы она не могла поцарапать поверхность.
Для чувствительных материалов, таких как керамика, стандартной жидкости может быть недостаточно. Вам могут понадобиться композитные технологии охлаждения. Но для большинства металлов поддерживайте концентрацию на уровне 8-10% и высокое давление.

Заключение

Чтобы добиться зеркальной поверхности, необходимо отфильтровать мусор размером менее 5 микрон, чтобы предотвратить появление царапин, контролировать температуру, чтобы выдержать допуски, и поддерживать концентрацию охлаждающей жидкости 8-10% для смазки.

---