ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.03 Többfunkciós kenőanyagok a fémmegmunkálásban Tárgyszavak: többfunkciós olaj; hűtő/kenő anyag; észterbázisú olaj; hajtómű; forgácsolás; veszteséges kenés. Miért kellenek a többfunkciós olajok? A megmunkálási folyamatokban egyre nagyobb jelentőségre tesz szert a hulladékcsökkentés, a munkavédelem és a környezetvédelem. Minden üzemben a potenciális veszélyt hordozó anyagok költséget okoznak, legyen ez a felhasználásban, raktározásban, szállításban vagy a karbantartásban. Ezért az utóbbi években jelentős törekvés tapasztalható az irányban, hogy a műveleti anyagokat, amennyire csak lehet, csökkentsék. Az alapvető cél a többfunkciós kenőanyagok használatával a forgácsolási problémák csökkentése. Ezek a problémák akkor adódnak, ha nem kompatibilis anyagok érintkeznek, illetve ha a kapcsolat következtében tulajdonságváltozások jönnek létre. Mi a többfunkciós olaj? A többfunkciós olaj azt jelenti, hogy a kenőolaj különböző alkalmazási területen felhasználható. A fémmegmunkálásra vonatkozóan kétféle meghatározás említhető: 1. Vízzel nem keverhető rendszer bázisolajokkal és adalékokkal, ilyenek a hidraulika-, siklóágyazási, orsó- és megmunkálási olajok. A probléma az, hogy gyakran nem lehet a különböző alkalmazási területeket azonos viszkozitású olajjal lefedni. Következmény lehet például nagy mennyiségű szivárgó olaj, ez a megmunkálási olaj viszkozitását megváltoztatja. 2. Vízzel keverhető rendszer, amely esetén hidraulikaolaj és vízzel kevert megmunkálási olajemulzió együtt alkalmazható.
Probléma: Itt is különböző viszkozitás szükséges az ágyazás és a hidraulika számára, ekkor azonban az emulzió tulajdonságváltozása nem következik be a többfunkciós olaj viszkozitása miatt. A többfunkciós olaj fejlesztési kérdései Az egyik legnagyobb probléma a fémmegmunkáló folyadékok felhasználási területén a hidraulikaolajok és a szánvezetékolajok elkerülhetetlen szivárgása a hűtő/kenő anyagokba. A gépipar kísérletei szerint az éves hidraulikaolaj-szivárgás a hűtő/kenő anyagba a hidraulika töltőmennyiség 3 10-szerese. A vízzel keverhető hidraulikaolaj első fejlesztési lépései a 80-as években kimutatták a többfunkciós olaj gyakorlati alkalmazásának nehézségeit, ui. a szerszámgép-hidraulika követelményei és a forgácsolás hűtő/kenő folyadékának jellemzői nem összeegyeztethetők. A sok egyéb követelményen kívül (keverhetőség, biológiai stabilitás, környezetkímélés stb.) hangsúlyozni kell a korrózióvédelmet és a biostabilitást, amelyet a sokféle kémiai adalék jelent, és amelyek a hidraulikus rendszerben problémát okozhatnak. Ez egy kísérleti alkalmazásban világosan megmutatkozott ásványolaj-bázisú többfunkciós olaj használata során, szerszámgép-hidraulika vizsgálatakor (ISO VG 46 jelű), és vízzel keverhető hűtő/kenő anyag esetén. Az a szivattyú, amelyben a hidraulikaközeg üzemállapotban 80 C fölé melegedhet, rövid idő alatt tönkremegy. További üzemi vizsgálat során, amikor vezértengelybe mélyfuratot készítettek, ásványolaj-bázisú MF0 (40 C-on) 11 mm 2 /s viszkozitású vízzel nem keverhető olajat használtak, hogy a csatlakozó emulziós megmunkálás vágóolajjal szennyezését meggátolják, ez a kezelő személy bőr- és légzési terhelését okozta. Ezen a gépen a vizsgálatot meg kellett szakítani. Más gépen, ahol a szakmunkás nem került érintkezésbe a közeggel, kiváló eredmény adódott. Így ez a kenőanyag-keverék a legtöbb alkalmazási területen használhatónak mutatkozott. A követelmények a szintetikus észterek felhasználásához vezettek. A hidraulikaolaj és a hűtő/kenő folyadék (KSS) összeférése érdekében kétkomponensű rendszer kialakítása vált szükségessé (1. ábra). A két komponensű észterbázisú rendszer univerzális, vizes anyagba adagolható komponensek és emulgeálható nagy teljesítményű olajok keverékéből áll, ez különböző viszkozitásbeállítást tesz lehetővé. Ennek a rendszernek bázisolaja a HVLP-D jelű hidraulikaolaj 40 Con 46 mm 2 /s viszkozitással. Ez az olaj semmilyen rendszerben nem okoz tulajdonságváltozást. Az alkalmazása sokoldalú és nemcsak gaz-
dasági, hanem technológiai előnyei is vannak. Néhány különleges tulajdonsága figyelemre méltó. egykomponensű rendszer víz alapolaj, emulgeátorok, korrózióvédő adalék MF0 vízzel keverhető hűtő/kenő folyadék kétkomponensű multifunkciós rendszer víz + alapolaj, emulgeátor MF0 adalék vízzel keverhető hűtő/kenő folyadék korrózióvédő adalék 1. ábra Kétkomponenses többfunkciós olaj rendszerfelépítése Tömítő- és kábelanyagoknak, lakkoknak, bevonatoknak és fémes anyagoknak a hidraulika-alkatrészekben észtertűrőknek kell lenniök, egyébként súlyos zavarok következhetnek be. Az új berendezéseket mindazonáltal még mindig gyakran ásványolajjal látják el. A gyakorlat azt mutatja, hogy a multifunkciós olaj, gyenge észterbázisú olajjal semmi problémát nem okoz a szokásos NBR-tömítőanyagok esetén (nitrilbutadien-gumi, nitrilkaucsuk). Alkalmazási példák 1. Hidraulikaolaj/vizes hűtő/kenő folyadék kapcsolódási helye. Egy motorkerékpár-gyártó észterbázisú kétkomponensű többfunkciós olajat használt hidraulikaolajként és vízzel kevert hűtőfolyadékként. 24 héten keresztül két azonos megmunkálóközpontban megfigyelték a következőt. Az egyik gépegységet hagyományos kenőolajjal, a másikat pedig többfunkciós folyadékkal üzemeltették. Jelentős költségcsökkenést figyeltek meg az utóbbi esetben (1912 EUR összevetve 1479 EUR értékkel).
2. Ágyazat-kenőolaj/vízzel kevert hűtő/kenő olaj kapcsolódási helye. Ágyvezeték kenése alapvetően veszteséges kenés, és ez idegenolajterhelésként működik a vízzel kevert hűtő/kenő folyadékot tekintve. Egy többfunkciós olaj kapcsolva egy hagyományos hűtő/kenő folyadékkal, egy hidraulikaelemeket gyártó cég esetében jelentős költségcsökkenést eredményezett. A multifunkciós olaj mint ágyvezetékolaj fejlesztésénél fontos szerepet játszik a vezeték felülethez való tapadása és az emulgeálóképesség közötti arány biztosítása. Csak így lehet zavarmentes üzemet elérni és az idegenolaj-terhelés is elkerülhető. 3. Megmunkálási olaj/vízzel kevert hűtő/kenő folyadék. A megmunkálási láncon belül a különböző követelmények miatt gyakran kenőolajos megmunkálásról emulziós megmunkálásra kell váltani. Így a vízzel keverhető hűtő/kenő folyadékot szennyezi a munkadarabra került olaj. Szükséges tehát vagy egy közbenső mosás, vagy pedig a hűtő/kenő folyadék gyakori cseréje. Az egyik autógyár gazdaságosabbá tette a bütyköstengelyek megmunkálását többfunkciós olaj felhasználásával. Így a közbenső mosás elmaradhatott, és a munkadarabhoz tapadt olaj a következő emulziós megmunkálásnál az emulziót felfrissíti és ez energia- és karbantartási költség megtakarításához vezetett. 4. Motor- és hajtóműüzem átállítása többfunkciós olaj felhasználására. Az üzemben már negyven éve észterbázisú többfunkciós olajat használnak. A vízzel kevert hűtő/kenő folyadékról többfunkciós emulzióra történő átállítás a hajtómű-alkatrészek forgácsolása során a költségeket egyértelműen csökkenti. Továbbá a hűtő/kenő folyadék eltávolítása a forgácsról, valamint a tisztább forgácsolóberendezések is csökkentik a költségeket (2. ábra). Vízzel kevert hűtő/kenő folyadék bevitele a forgácsolóolajokba problémát okozhat. Észterbázisú többfunkciós olajok 4% vízfelvétel esetén sem változtatják meg tulajdonságaikat, úgy, hogy emulziós munkadarabok közbenső mosás nélkül is megmunkálhatók vízzel nem kevert hűtő/kenő folyadékkal. Bütyköstengelyek hónolása, illetve szuperfiniselése esetén is megoldást ad multifunkciós olaj felhasználása a fenti problémára. Munkavédelem szempontjából pozitívan megjegyezhető, hogy míg ásványolaj-bázisú, kis viszkozitású hónolóolajokhoz az R65-anyag (Xn veszélyességi fokozatú anyag) hozzáadása szükséges, addig az észter-
bázisú többfunkciós olajok esetén ez elmaradhat. A munkavégzőre kedvező, hogy az elgőzölési veszteség kis viszkozitású észterolajok esetén jelentősen csökken. 200 000 175 000 150 000 költségek, EUR 125 000 100 000 75 000 50 000 25 000 0 0 100 000 200 000 300 000 400 000 500 000 600 000 700 000 800 000 db hagyományos hűtő/kenő folyadék ásványolaj vagy bórsavészter bázison észterolaj-emulzió 2-komponensű észterolaj rendszer (hidraulika nélkül) 2. ábra Hajtómű-alkatrészek megmunkálásának költséghelyzete többfunkciós olajra átállítás után Egyéb alkalmazások A jövőben a többfunkciós olajok felhasználása emulziós tisztítóként nagy megtakarítási lehetőséggel kecsegtet. Egyébként a többfunkciós olajok következetes felhasználása forgácsoláshoz mint vízzel kevert kenő/hűtő folyadék és emulziós tisztítószer egyértelmű költségcsökkenést eredményez. A multifunkciós emulziós tisztítószer előnye még az újrahasznosíthatósága és az élettartam meghosszabbítása. Energiafelhasználása csökken az alacsonyabb tisztítási hőmérséklet miatt. A vízzel kevert többfunkciós olajok további felhasználása lehet az indukciós edzés hűtőközegeként. A nagy fizikai stabilitása következtében lehetséges az indukciós edzésnél használt polimeroldatok helyettesítése. További előny az edzőfürdő használhatóságának meghosszabbítása, a tisztább alkatrészek és gépek és a kisebb mértékű elhasználódás.
A műveleti anyagok fajtájának radikális csökkenése lehetővé teszi átfogó újrahasznosítási rendszer bevezetését. A megmunkálóközeget, edzőfolyadékot és a mosóemulziót szűréssel bioanyag hozzáadásával koncentrációbeállítással alkalmassá teszik újrafelhasználásra. Így tulajdonképpen elfolyó víz nem keletkezik. A jövőben tervezik a megmunkálási forgács eltávolítását többfunkciós olajjal és ennek integrálását az újrahasznosítási rendszerbe. Ezzel nagyobb mennyiségű köszörülési iszap keletkezését kerülhetik el. Összefoglalás A többfunkciós olajok új generációja széles körű felhasználást nyert. Német területen a vízzel keverhető hűtő/kenő folyadékok a többfunkciós olajok kb. 1%-át teszik ki. Az észterbázisú többfunkciós olajok egy sor előnyt mutatnak, és ezek még vonzóbbá teszik felhasználásukat. Manapság sok fémmegmunkálásnál a kenőanyag-felhasználó élénken érdeklődik a kenőanyagköltségek és hulladék mérséklése érdekében a multifunkciós kenőanyagok iránt. Interdiszciplináris együttműködés szükséges, hogy a többfunkciós olajokban rejlő teljes hatékonyságot ki lehessen használni. Ideális javaslat, hogy a gyártóberendezések tervezése és kivitelezése során a többfunkciós kenőanyagokat is figyelembe vegyék, így a gyártási költségeket csökkentsék. Ebből adódik, hogy néhány autógyártó szerszámgépeit már észterálló tömítéssel rendelik. Munkavédelem szempontjából az utolsó öt év tapasztalata, hogy bőrmegbetegedések nem okoznak munkakiesést a hagyományos, ásványolaj-bázisú kenőanyagok használatához hasonlítva. Ezeknek az olajoknak a besorolása a vízveszélyeztetési osztályba meghatározó lehet, mivel a hűtő/kenő folyadékok koncentrátumának raktározása is hangsúlyos lehet. A többfunkciós olajok a jövőben biztosan mind nagyobb szerepet fognak játszani a fémmegmunkáló folyamatokban. Összeállította: Dr. Zsáry Árpád Müller, J.; Joksch, S.: Multifunktionsöle in der metallbearbeitenden Industrie. = Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 63. k. 4. sz. 2003. p. 128 132. Joksch, S.; Müller, J.: Praxiserfahrungen beim Einsatz von Multifunktionsölen in der metallbearbeitenden Industrie. = Mineralöl Technik, 48. k. 7. sz. 2003. p. 1 18.