A Miskolci Egyetem Közleménye A sorozat, Bányászat, 66. kötet, (2004) p. 103-108 FORGÁCSOLÁSI FOLYAMATOK ÖKOLÓGIAI BIZTONSÁGÁNAK FOKOZÁSA Grabcsenko A. J. - Lescsenko I. Sz. Harkovi Állami Műszaki Egyetem Ukrajna A fémipari termékek előállítása, az egyes alkatrészek forgácsoló megmunkálása során jelentős szerepe van a hűtő-kenő (HKF) folyadékok felhasználásának. A hűtő-kenő folyadékok biztosítják a technológiai folyamatok (TF) minőségi mutatóit, továbbá a marató és mosó folyadékok a gépgyártástechnológia fontos anyagai. Ezek a folyadékok és oldatok az alkalmazás, felhasználás során azonban oly módon változtatják minőségi mutatóikat, illetőleg tulajdonságaikat, hogy a dolgozók és a környezet számára veszélyt is jelenthetnek. Jelenleg a munkahelyek minősítése során csak az oldatok eredeti gyakorlatilag veszélytelen tulajdonságait veszik számba, és figyelmen kívül hagyják a munkafolyamat közben bekövetkező változásokat, átalakulásokat. A HKF ugyanis a tartós (hónapos) használat után - különösen nyári időszakban mikroorganizmusokkal telített, veszélyes oldattá alakul át. Az 1 ml-ben levő baktériumok száma elérheti a 10 8-10 9 értéket, ami a megengedett érték többszöröse lehet. A maró folyadék használata során - az alkalmazott technológiától is függően - nehézfém ionokkal és olajszármazékokkal is szennyeződhet. A dolgozókat és a környezetet érő veszélyes hatások megelőzése, avagy csökkentése az alábbi intézkedésekkel lehetséges: az alkalmazott oldatok káros jellemzőinek csökkentése, a HKF veszélyességi mutatóinak csökkentése a technológiai folyamatok változtatásával, a HKF alkalmazása során a káros hatások felderítése, a megengedhető határérték közelébe eső káros, ill. veszélyes elemek elhagyása, ill. kiváltása a technológiai folyamatból. 103
Orabcsenko A. J. - Lescsenko I. Sz. A HKF, illetőleg a marató és mosó folyadékok káros hatásainak kizárása, elkerülése céljából a száraz megmunkálásra való átállás ahol ilyen műszaki megoldás alkalmazható - jelentené az ideális megoldást, miszerint: elmaradnak a HKF-nak a munkatérbe történő bejuttatását szolgáló rendszerek, elmaradnak HKF beszerzésének, tárolásának, ill. hatástalanításnak, regenerálásának költségei, elmaradnak a munkatér, ill. a berendezések tisztántartását szolgáló berendezések, javul a munkahely tisztasága, csökken az egészségügyi kockázat, a forgács szennyezettsége, a tűzveszély mértéke. A folyékony HKF alkalmazásának elhagyása ugyanakkor új követelmények teljesítését igényli a megmunkáló rendszerekben: szükséges a szerszámgép-egységek kenési rendszerének és finom tisztítóeszközeinek korszerűsítése, a szerszámra ható hő- és súrlódó terhelések növekednek, a korrózióvédelem külön intézkedéseket igényel, a szerszámkopás fokozódik, az újraélezés költségei emelkednek, a berendezések időszakos műszaki felülvizsgálatának gyakorisága növekszik, a megmunkálási pontosság csökkenhet, változik a forgácsképződés folyamata, magnézium és alumínium anyagok megmunkálása során emelkedik a por berobbanásveszélye, a megmunkálás során emelkedik a zajszint. A most említett változások szükségessé teszik a szerszámgépek tervezésére, a gyártás szervezésére, a szerszám anyagokra és geometriára, a technológiai folyamatra, az előgyártmány előállítására vonatkozó új koncepciók kidolgozását. 104
Forgácsolási folyamatok ökológiai biztonságának fokozása Az említett pozitív és negatív hatások együttes jelentkezése miatt ma még nincs olyam általános megoldás, ami együtt garantálná a megmunkálási folyamat gazdaságos és környezetbarát jellegét. Tendencia jelleggel érvényesülő fejlődési irányok: a HKF-ok felhasználási mennyiségének csökkenése, a HKF-ok felhasználási tulajdonságainak javítása, a káros jellemzők csökkentése, a HKF-ok esetenkénti teljes kiiktatása a termelési folyamatból. Adott esetekben az alkalmazó feladata kidolgozni, illetőleg kiválasztani a lehetséges, optimális megoldást: a felhasznált HKF hatékony ártalmatlanításának módszere, a megmunkálandó anyagok adhéziós, inaktív bevonattal való védelme, a forgácsolási zónába vitt HKF mennyiségének minimalizálása, modifikált folyékony technológiai közeg alkalmazása, a folyékony HKF-ok helyett szilárd kenőanyag alkalmazása, HKF-ok használatát kiváltó száraz" forgácsolási technológia alkalmazása. A hűtő-kenő folyadékok alapvetően az olajok, a vízzel keverhető és nem keverhető elegyek, emulziók, szintetikus és félszintetikus vegyi oldatok. A HKF-ok minden esetben kenési funkcót töltenek be a szerszám, a forgács és a munkadarab érintkező felületén, továbbá hűtik azokat, valamint stabilizálják a forgácsolási folyamatot és a szerszám kopását. Ez a többfunkciós rendeltetés sokkomponenses oldatok alkalmazását teszi szükségessé. A komponensek egy része közvetlen módon mérgező lehet. A bőrrel való időszakos, vagy hosszantartó érintkezés során, illetőleg az aerosolos részecskés levegővel való belégzése útján a káros anyagok (szén-dioxid, hidrogén-kloridok, szénhidrogének, kénanahidridek, aldehidek, stb.) kerülnek a szervezetbe, ingerlik a nyálkahártyát, csökkentik a szervezet általános immunbiológiai védekezőképességét, bőrgyulladást, idegrendszeri károsodást okozhatnak. A dolgozók védelme betegségmegelőző intézkedésekkel, egyéni védelmi eszközök és rendszabályok sorozatával történhet, szigorúan betartva a szükséges műszaki intézkedéseket is. Folyamatos követelmény természetesen a környezetben megjelenő káros anyagok, a szennyeződések eltávolítása is. 105
Orabcsenko A. J. - Lescsenko I. Sz. Az emulziók, ill. káros hatásainak megszüntetése általában: termikus, fiziko-kémiai, biológiai módszerekkel lehetséges. A termikus módszerek a HKF lánghatással történő kezelésén alapulnak. Az elhasznált olajos emulziót gáz vagy olaj felhasználásával, avagy kazánokban elégetik, illetőleg hevített vízpárával kezelik. A fizikai-kémiai módszerek alkalmazása során a hűtő-kenő folyadékokat tisztításnak vetik alá, ami döntő részben reagens szerekkel (kalcinált szóda, kénsav, timföld, vasgálic stb.) való kezelést jelent. Más esetekben az ózonolás, elektrokoagulálás, fordított ozmózis, ultraszűrés jelenti a megoldást. A reaktív módszerek alkalmazása során az elválasztott olajos fázist tüzelőanyaghoz keverik, a vizes fázist pedig tovább tisztítják. A fordított ozmózis során fázisváltás nélkül végzik a tisztítást, szerves és szervetlen anyagokat, vírusokat, baktériumokat távolítanak el. Az ultraszűréssel történő tisztítás során a szerves anyagok kreolidok vizes oldatát nagy porozitású félvezető hártyákon vezetik át. A biológiai módszer általában azt szolgálja, hogy a mechanikus és fizikokémiai módszerrel kezelt emulziók vizes fázisát tovább tisztítsák. Korszerű iránynak mutatkozik a megmunkálási technológiáknál olyan hűtő-kenő folyadékok alkalmazása, amelyek nem tartalmaznak káros komponenseket. Ilyen anyagok például a vízzel keverhető szintetikus vegyületek, többfunkciós oxigéntartalmú vegyületek, növényi olajok, szilárd szerves zsírok. A szintetikus zsírsavak oxidációja eredményeként a lepárlás első szakaszában bonyolult oxigéntartalmú vegyületek - monokarbonos és polikarbonos savak, savoxidok, epoxid vegyületekkel stb. keveréke képződik. A kapott anyagot lúgos vegyszerekkel semlegesítik, más esetben polimerizációnak vetik alá, aminek eredményeként vízben oldódó vagy vízben diszpergáló elegy képződik. Ilyen módon modifikált hűtő-kenő folyadékot a Harkovi Állami Műszaki Egyetemen állítottak elő. A Gidropol-1 és Gidropol-2 anyagok jó kenőtulajdonságokkal, diszpergáló- és mosótulajdonságokkal, magas asztikorróziós képességgel rendelkeznek, mérgező hatásuk gyakorlatilag nincs. Ezek az anyagok élező pasztaként, hidroabrazív polírozó szuszpenzióként vizes oldat formájában köszörüléshez és hónoláshoz használhatók. A köszörülés során hűtő-kenő folyadékok kiváltására a kemény száraz környezettiszta parafinhoz hasonló különböző szénhidrogén származékok is használhatók. Az adott keresztmetszetű, hasábalakú száraz kemény kenőpaszta egyszerű szerkezettel - avagy saját súlya hatására - szorítható a köszörüszerszám dolgozó felületéhez, folytonos érintkezést biztosítva a köszörűkoronggal. A parafín részecskék felkenődnek a felületre, feltöltik az abrazív (gyémánt) szemcsék közötti pórusokat és mikroegyenetlenségeket, ezzel biztosítva a megmunkálandó anyag és a szemcse közötti érintkezés helyén (környezetében) a megfelelő hűtőhatást. 106
Forgácsolási folyamatok ökológiai biztonságának fokozása A környezetbarát köszörülés megvalósításának újabb változata lehet az utólagosan víztelenített, szárított impregnált (telített) korongok használata. Az impregnátorok a kenőanyagok kémiai adalékai, illetőleg felületi aktív töltőanyagok lehetnek. Ezek kenő hatása a külső (érintkezési) súrlódás csökkentésében jelentkezik, ami egy ún. védőfilm képződése után jön létre. A védőfilm a megmunkálandó anyaggal és a levegő oxigénjével érintkező impregnátorok komponenseinek hőbomlásából származó anyagok kémiai kölcsönhatásaként keletkezik. A védőfilm antiadhéizós tulajdonságokkal bír, ennek következtében változik a súrlódás jellege és állapota. A megmunkálási technológiák vizsgálata során a műszaki paraméterek elemzése mellett a gazdasági és környezeti hatásokkal is számolni kell. A korszerű száraz köszörülés módszere ezen tényezők alapján felülmúlja a hagyományos hűtéssel végzett megoldásokat, elsősorban azért mert elmarad a segédanyagok tárolásának és kezelésének, újrahasznosításának költsége. Természetesen száraz köszörülés esetén megoldandó a hőelvezetés, a hőfeszültségek csökkentése. A kérdés újramegoldása a forgácsoló szerszámon keresztül történő hőelvezetés. A köszörülés során e kérdés megoldása nem egyszerű dolog, mivel a forgács" viszonylag kis tömegű és a köszörülési zónában képződő hőmennyiségből csak kis részt tud elnyelni" Fontos szerepet játszik a kérdéskörben a minimális hűtő-kenő folyadékkal történő forgácsoló megmunkálás is, aminek lényege abban áll, hogy a forgácsolási zónába csak olyan (minimális) mennyiségű folyadékot viszünk be, ami maradék mentesen elhasználódik. A minimális kenés módszere a hősugaras kenés alternatívája lehet. 107
Orabcsenko A. J. - Lescsenko I. Sz. Irodalom [1] Grabcsenko A. I.: Rebocsije processzü vüszokih technology v masinosztroenyii. Ucsbn. nosz./ pad. ped. Harkov, HDPV 1999. pp. 436 [2] Berezuckij V V.: Bezopasznoszty iszpolzovanyija technyicseszkih rasztvorov. Vesztnyik Vaxionalnovo Technicseszkovo Universzityeta HPI" Szbornyik naucsnüh tradov. Harkov NTU HPI" 2002. No. 9. t. 1. pp. 6-9. (A tanulmányt fordította dr. Berta Miklós egyetemi docens, ME Gépgyártástechnológiai Tanszék) 108