Всё о СОЖ: состав, виды, правила использования

Какая СОЖ подойдет для токарной обработки, а какая — для сверления? Почему одни жидкости лучше охлаждают, а другие эффективнее защищают инструмент от износа? Как правильно выбрать смазочно-охлаждающую жидкость для конкретного станка? В этом тексте собрали всё, что важно знать о СОЖ: из каких компонентов они состоят, как работают и что важно учитывать при работе с различными составами. 

Приглашенный эксперт

Евгений Шаров

руководитель направления смазочных материалов компании POLITEK

Что такое СОЖ

Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) — это жидкий состав, который используют в металлообработке для смазки и охлаждения инструментов и обрабатываемых деталей. 

В технической литературе чаще встречается аббревиатура СОТС — смазочно-охлаждающий технический состав. 

Такая жидкость хранится в специальном баке, который встроен в станок. Оттуда СОЖ поступает к рабочей зоне по системе трубок. Направление и объем регулируются так, чтобы жидкость попадала точно в место контакта инструмента и заготовки. 

Зачем нужна СОЖ 

Благодаря смазочно-охлаждающей жидкости металлообработка происходит более стабильно, точно и безопасно — как для инструмента, так и для самой детали. 

Вот какие задачи решает СОЖ:

• Охлаждение — отводит тепло из зоны резания, предотвращает перегрев инструмента и термическую деформацию заготовки.
• Смазывание — снижает трение между инструментом и деталью, уменьшает износ режущих лезвий и нагрузку на станок.
• Удаление продуктов резания — вымывает стружку, пыль и абразивные частицы, предотвращает их повторный контакт с поверхностью детали и снижает риск заклинивания оборудования. 
• Антикоррозионная защита — образует на металле защитную пленку, которая изолирует его от влаги, кислорода, солей и других агрессивных веществ.
• Повышение качества обработки — помогает добиться точной геометрии и гладкой поверхности детали.
• Улучшение условий труда — снижает запыленность и загазованность воздуха в рабочей зоне, уменьшает риск вдыхания вредных частиц.

Состав СОЖ

Основные компоненты

Основу большинства смазочно-охлаждающих жидкостей составляют четыре компонента: масла, вода, эмульгаторы и присадки. Их соотношение зависит от режима обработки, типа станка, материала детали и требований к качеству поверхности.

• Масло — может быть минеральным, синтетическим или растительным. Отвечает за смазывание и защиту от износа: образует тонкую пленку между инструментом и заготовкой, уменьшает трение и повышает срок службы оборудования.
• Вода — основа для водосмешиваемых СОЖ. Быстро отводит тепло и помогает поддерживать нужную температуру в зоне обработки.
• Эмульгаторы — вещества, которые позволяют маслу равномерно смешиваться с водой и образовывать устойчивую эмульсию. Без них жидкость бы расслаивалась и теряла свои свойства. В роли эмульгаторов могут выступать этоксилированные спирты, соли жирных кислот, алкилфенолы и другие соединения.
• Присадки — специальные добавки, которые усиливают свойства СОЖ: защищают металл от ржавчины, замедляют развитие бактерий, уменьшают износ инструмента и стабилизируют саму жидкость.

Роль присадок 

Присадки добавляют, чтобы жидкость эффективно работала в конкретных условиях: при определенных температуре, типе обработки и санитарных требованиях. 

Чаще всего используются три группы присадок:

• Антикоррозионные — создают на поверхности детали тонкую пленку и защищают металл от воздействия окружающей среды. Это помогает предотвратить ржавление и потемнение материала. В качестве таких присадок используются, например, фосфаты, нитриты, бензотриазол и борная кислота.
• Противоизносные — снижают трение между режущим инструментом и заготовкой. Такие присадки нужны, чтобы замедлить износ лезвий и повысить точность обработки. Для этих целей в СОЖ чаще всего добавляют соединения серы, фосфора, молибдена. 
• Биоцидные — защищают СОЖ от бактерий и грибков, предотвращают неприятный запах и продлевают ее срок службы. Среди таких добавок — изотиазолиноны, четвертичные аммониевые соединения и органические перекиси. 

Обычно присадки комбинируют между собой. Производители подбирают их состав так, чтобы они дополняли друг друга и не вступали в конфликт.  

Виды СОЖ 

Смазочно-охлаждающие жидкости классифицируют по двум основным признакам: составу и назначению. Эти характеристики показывают, как именно работает жидкость и в каких условиях ее стоит применять. 

Классификация по составу 

Состав СОЖ влияет на ее охлаждающие, смазывающие и защитные свойства. По этому признаку жидкости делят на масляные и водосмешиваемые.  

Масляные не содержат воду, полностью состоят из масел и присадок. В основе — минеральные или синтетические масла, реже — растительные. Такие жидкости образуют прочную смазывающую пленку, хорошо работают в условиях высоких нагрузок. При этом они хуже охлаждают, могут дымиться при высоких температурах и вызывать сложности при очистке деталей после обработки. Такие СОЖ используют при операциях, где в первую очередь важна защита инструмента от износа.  

Водосмешиваемые перед применением разбавляются водой и образуют эмульсию. Они быстро отводят тепло, хорошо очищают рабочую зону, не загрязняют станок масляными отложениями. Из недостатков — при неправильном хранении жидкости в ней могут начать размножаться бактерии и грибки, а еще такие СОЖ менее стабильны по сравнению с масляными составами.

В зависимости от содержания масла водосмешиваемые СОЖ разделяют на следующие виды: 

• Эмульсионные — содержат до 90% воды и эмульгированное масло. Образуют белую или молочную эмульсию.
• Полусинтетические — содержат меньше масла, чем эмульсионные, и дают более прозрачную смесь. Подходят для смешанных режимов обработки.
• Синтетические — не содержат масла вообще, представляют собой водные растворы с активными добавками. Хорошо охлаждают и очищают, но слабее смазывают.

Классификация по назначению 

Чтобы подобрать оптимальный вариант смазочно-охлаждающей жидкости, важно учитывать не только ее состав, но и то, для каких задач она будет использоваться. В зависимости от спектра операций, для которых подходит жидкость, выделяют универсальные и специализированные СОЖ. 

Универсальные подходят для большинства стандартных операций: точения, сверления, фрезерования. Обычно применяются на участках с различными задачами, где нужно использовать один состав для нескольких процессов.

Специализированные разрабатываются под конкретные материалы или режимы обработки. Например, для обработки алюминия применяют составы с усиленной антикоррозионной защитой, а для работы с титановыми сплавами — жидкости с повышенной смазывающей способностью. Есть также СОЖ для шлифовки, глубокого сверления, резки с высокой скоростью или работы при повышенных температурах.

Применение СОЖ в металлообработке

Чтобы смазочно-охлаждающая жидкость выполняла свои функции, важно учитывать особенности обработки. У разных типов металлорежущих станков — токарного, фрезерного, шлифовального, сверлильного — различаются способ резания, характер нагрузки и требования к теплоотводу. Рассмотрим, в чем специфика применения СОЖ в каждом случае.

Для токарных станков

При такой обработке заготовка вращается, а режущий инструмент — токарный резец — постепенно снимает с нее металл. На кромку резца приходится большая нагрузка, особенно при высоких скоростях или работе с твердыми сплавами. Задачи СОЖ здесь — охлаждать режущий инструмент, снижать трение и предотвращать скопление стружки.  

Если на станке работают с труднообрабатываемыми материалами, например с нержавеющей сталью, титаном или сплавами с высокой вязкостью и склонностью к налипанию, используют масляные или полусинтетические жидкости с выраженными смазывающими свойствами. При получистовой и чистовой обработке выбирают СОЖ с низкой вязкостью: они не мешают формированию ровной поверхности и обеспечивают высокое качество готового изделия. 

Для фрезерных станков

Во время фрезерования заготовка обычно остается неподвижной, а режущий инструмент — фреза — вращается и срезает металл по заданной траектории. Это создает переменные нагрузки, вибрации и высокую температуру в зоне резания. Нагрузка распределяется между несколькими зубьями фрезы, и важно, чтобы СОЖ успевала охлаждать каждый из них. 

В таких условиях эффективна направленная подача СОЖ под высоким давлением. Лучше всего подходят полусинтетические или синтетические составы, которые быстро проникают в зону резания и эффективно удаляют стружку. При обработке чувствительных к перегреву материалов, например алюминиевых сплавов, важно использовать жидкости с антикоррозионной защитой и мягкими присадками, чтобы не повредить поверхность. Для титановых сплавов подбирают жидкости с повышенной смазывающей способностью и противоизносными компонентами.

Прочитайте статью по этой теме:

Металлообработка: как металл становится деталью

Для шлифовальных станков

Шлифование — финальный этап механической обработки, когда детали придают идеальную гладкость и точную геометрию. Вместо резцов и фрез здесь используют абразивные инструменты: круги, диски, бруски. Они вращаются с высокой скоростью и снимают с поверхности заготовки тонкий слой материала. В процессе выделяется много тепла. Если его не отводить, деталь будет перегреваться — это может снизить точность обработки и даже изменить свойства металла.

Главная функция СОЖ — охлаждать зону шлифования. Для этого чаще всего используют синтетические водосмешиваемые составы. Они эффективно отводят тепло и вымывают продукты обработки, в том числе мелкую абразивную пыль. Важно также, чтобы жидкость легко фильтровалась и не засорялась стружкой, иначе абразивный инструмент будет быстро изнашиваться. Дополнительное требование — пожаробезопасность: при работе с легко воспламеняющимися материалами предпочтение отдают СОЖ, которые не образуют пену и устойчивы к возгоранию.

Для сверления и глубокой обработки

Во время сверления режущий инструмент погружается внутрь заготовки и работает в ограниченном пространстве. Особенно сложны с технологической точки зрения операции глубокого сверления, когда длина отверстия в несколько раз превышает диаметр. В этом случае инструмент быстро перегревается и возрастает риск поломки станка.

Чтобы работа оборудования оставалась стабильной, используют СОЖ с хорошей текучестью и активными смазывающими добавками. Такие жидкости легко проникают в узкие отверстия, быстро достигают зоны резания и охлаждают инструмент. Для этого применяют масляные составы, полусинтетические эмульсии или специализированные жидкости для глубокого сверления. СОЖ подают под давлением — через центральный канал сверла или внешнее сопло. Это помогает сразу удалять стружку, быстро снижать температуру в зоне контакта инструмента с заготовкой и предотвращать повреждение стенок отверстия.

Как правильно выбрать СОЖ

Производители предлагают десятки вариантов СОЖ, и у каждой — свои особенности и ограничения. Неправильно подобранная жидкость может ускорить износ инструмента, вызвать перебои в работе станка и снизить качество продукции. Чтобы этого избежать, важно выбрать состав, который точно соответствует условиям обработки.

Что учитывать при выборе

В первую очередь необходимо опираться на три параметра:

• Материал заготовки. Для стали, чугуна, алюминия, меди, титана и их сплавов нужны разные составы. Например, алюминий легко окисляется, поэтому СОЖ должна содержать антикоррозионные присадки и не оставлять пятен. Титан быстро нагревается и вызывает интенсивный износ инструмента — здесь важны усиленные смазывающие и противоизносные свойства. Для чугуна предпочтительны жидкости с хорошими очищающими характеристиками, чтобы справляться с пылью и мелкой стружкой. 
• Тип обработки. При токарной и фрезерной обработке необходимы универсальные составы, которые одновременно и охлаждают, и смазывают. Шлифование требует эффективного отвода тепла. Для сверления важна текучесть СОЖ, чтобы жидкость быстро доходила до зоны резания и удаляла стружку.
• Режим резания. Чем выше скорость, тем больше тепла выделяется, поэтому нужны СОЖ с выраженными охлаждающими свойствами. В таких случаях применяют водосмешиваемые синтетические или полусинтетические жидкости. Для операций с меньшей скоростью, но повышенной нагрузкой на инструмент важнее смазка — подойдут масляные или эмульсионные СОЖ.

Дополнительно стоит учитывать:  

• Особенности оборудования. Например, есть ли у станка система подачи СОЖ под давлением, встроенный фильтр, возможности контроля температуры и рециркуляции жидкости. От этого зависит, какие составы можно использовать без риска засора или перегрева машины.
• Требования к готовому изделию. Если критично полное отсутствие шероховатостей и дефектов, лучше использовать маловязкие жидкости, которые не мешают формированию точной геометрии и легко смываются после обработки.
• Рабочие характеристики СОЖ. Некоторые составы трудно фильтровать, они быстрее загрязняются и требуют регулярной замены. Если на производстве высокая загрузка, лучше выбирать жидкости, которые легко очищаются и могут быть повторно использованы.
• Санитарные и экологические нормы. При выпуске медицинской, пищевой или детской продукции используют только безопасные СОЖ — без резкого запаха, токсичных испарений и агрессивных добавок. 

Еще один важный критерий — надежность производителя. От бренда зависит качество СОЖ, доступность жидкости на складе, срок поставки.

Концентрация и способ подачи

Чтобы состав выполнял свои задачи, важно не только правильно его выбрать, но и грамотно использовать. На результат обработки влияет концентрация СОЖ и то, как именно жидкость подается к зоне резания. 

Концентрацию необходимо контролировать только при работе с водосмешиваемыми СОЖ, поскольку перед применением их разводят водой. Пропорции зависят от задач:

• Для чистовой обработки и работы с цветными металлами делают слабые эмульсии с содержанием масла 3–5%. 
• При тяжелой или высокоскоростной обработке используют более концентрированные растворы — до 20% масла.

Масляные СОЖ поставляются в готовом виде и не требуют разбавления. 

Способ подачи жидкости подбирают в зависимости от конструкции станка, режима обработки и выбранной СОЖ:

• Капельно или самотеком — для простых операций с минимальным выделением тепла. 
• Струей под давлением — наиболее универсальный способ, обеспечивает охлаждение и быстрое удаление стружки. 
• Через внутренние каналы инструмента — применяется при сверлении и глубокой обработке, когда нужно доставить СОЖ точно к зоне резания.
• Туманом или аэрозолем — если нельзя сильно увлажнять рабочую зону или нужно сократить расход жидкости. 

В процессе работы нужно постоянно следить за состоянием СОЖ: проверять уровень жидкости, очищать ее от загрязнений и вовремя заменять. Отработанный состав, который потерял свои свойства, перестает защищать оборудование, может вызвать коррозию, нагар или ускоренный износ рабочих поверхностей. 

СОЖ напрямую влияет на качество металлообработки, срок службы инструмента и общее состояние оборудования. Если состав подобран неправильно или используется с нарушениями, это приводит к браку, перегреву, поломкам и внеплановым расходам. Поэтому важно не только выбирать подходящий вид жидкости, но и соблюдать правила подачи, разведения и замены СОЖ на всех этапах производства.