Una prima classificazione tra i liquidi refrigeranti riguarda la miscibilità, distinguendo tra liquidi miscibili e non miscibili in acqua. Una suddivisione dei liquidi impiegati è riportata nella seguente figura:
A) I liquidi refrigeranti non miscibili sono:
- Oli da taglio
Gli oli da taglio hanno buone proprietà lubrificanti, forniscono una buona protezione contro la corrosione, ma non offrono una efficiente azione di raffreddamento. Gli oli da taglio puri sono suddivisi nel modo seguente.
- Oli minerali
L’olio minerale puro ha ottime caratteristiche sia lubrificanti sia di protezione contro la corrosione. Poiché le sue proprietà refrigeranti non sono molto buone, questo tipo di olio viene principalmente impiegato in lavorazione leggere. Uno degli aspetti negativi delle basi minerali è il contenuto di sostanze potenzialmente cancerogene (quali benzene, butadine, benzopirene ecc.). Anche se esistono delle norme che escludono la pericolosità di questi elementi se le loro concentrazioni sono minori di certi livelli, non è però accertata la loro completa innocuità.
L’evaporazione dell’olio alle temperature di esercizio, oltre a generare un maggior consumo, inquina l’ambiente di lavoro e aumenta la possibilità di incendio, e quindi un olio è tanto migliore, sotto questo punto di vista, quanto minore è la sua tendenza all’evaporazione.
- Oli grassi
Gli oli grassi sono a base di grasso animale o vegetale, come per esempio l’olio di colza, e forniscono un’ottima lubrificazione, ma offrono una scarsa resistenza alla saldatura. Oggi sono stati sostituiti con quelli minerali, in parte perché gli oli grassi sono costosi e difficili da ottenere, ma soprattutto perché lo sviluppo di additivi miscelabili con olio minerale forniscono sostanzialmente un fluido da taglio più efficiente.
- Oli EP (Estrema Pressione)
Nelle applicazioni in cui le forze di taglio sono elevate, il fluido da taglio deve essere in grado di lubrificare anche quando esiste una elevata pressione tra le superfici di scorrimento. A questo fine vengono impiegati oli da taglio con additivi EP per lavorazioni difficili. Tali additivi hanno la proprietà di formare un velo di olio tra le due superfici in contatto, che non si rompe anche in presenza di pressioni rilevanti. Gli additivi sono composti da zolfo, cloro e composti di fosforo che reagiscono alle alte temperature formando solfuri, cloruri e fosfuri metallici.
B) Liquidi refrigeranti miscibili
A un fluido da taglio si richiede anche un’elevata capacità di dispersione del calore alle alte temperature. L’acqua presenta questa caratteristica, ma ha scarse proprietà lubrificanti e, come è noto, reagisce con i metalli ferrosi degradandoli. Al contrario, l’olio da taglio puro ha buone proprietà refrigeranti e protettive contro la corrosione ma bassa conducibilità termica e quindi le sue proprietà refrigeranti sono insufficienti.
Le buone proprietà refrigeranti dell’acqua sono state utilizzate attraverso lo sviluppo di vari fluidi da taglio miscibili in acqua, che possono essere distinti come segue:
- Emulsioni di olio
L’impiego di emulsioni di olio è il modo più comune di combinare le proprietà refrigeranti dell’acqua con le caratteristiche sia lubrificanti che anticorrosive dell’olio. L’olio viene disperso nell’acqua sotto forma di microgoccioline e viene stabilizzato per mezzo di additivi detti emulsionanti.
Le emulsioni di olio possono essere sintetiche o semisintetiche:
1) Sintetiche
Quando non contengono olio ma, per esempio, glicoli (sostanze organiche che presentano più di un gruppo alcolico –OH). Questi sono emulsionabili o solubilizzabili in acqua, sono trasparenti e offrono prestazioni paragonabili a quelle delle emulsioni di olio. L’impiego di fluidi da taglio sintetici offre vantaggi economici rispetto ai fluidi a base di olio, quali: una rapida dissipazione del calore, proprietà detergenti, semplice preparazione e buona protezione contro la ruggine. Inoltre, essendo trasparenti, facilitano l’operatore nella sorveglianza dell’operazione.
2) Semisintetiche
Miscelando una piccola quantità di olio emulsionato con un fluido da taglio sintetico, si ottiene un fluido da taglio semisintetico, nel quale i vantaggi dei fluidi sintetici sono combinati con le proprietà lubrificanti delle emulsioni di olio. Questi fluidi hanno, nel complesso, le stesse proprietà di quelli sintetici, ma offrono proprietà lubrificanti sostanzialmente migliori.
- Gas
In alcuni casi viene usato come mezzo raffreddante e lubrificante anche gas. Il gas viene immesso a elevata pressione per evacuare trucioli e altre particelle. Il gas più comunemente usato è l’aria, ma vengono impiegati anche anidride carbonica, argon liquido e azoto.
OLI DA TAGLIO CONCENTRATI
Gli oli da taglio solubili in acqua sono forniti sotto forma di concentrati, che devono essere mescolati con acqua prima dell’uso. Nel prodotto ottenuto, le proprietà lubrificanti e anticorrosive dell’olio vengono combinate con quelle raffreddanti dell’acqua.
Il concentrato solubile in acqua contiene anche additivi, necessari per migliorare alcune proprietà, per esempio:
- Emulsionanti per prevenire la separazione.
- Lubrificanti per prevenire la corrosione.
- Specifico conservante per impedire la crescita di batteri.
- Grasso per migliorare le proprietà lubrificanti.
- Additivi per migliorare la resistenza alla compressione.
È necessario utilizzare recipienti e vasche puliti; inoltre, anche l’acqua deve avere caratteristiche idonee, sia come pH che come durezza.
SOLUZIONI SINTETICHE E SEMISINTETICHE
Anche le soluzioni possono essere sintetiche e semisintetiche.
Le soluzioni sintetiche non contengono olio minerale e il loro impiego presenta vantaggi economici rispetto ai fluidi a base di olio, oltre a una rapida dissipazione del calore, proprietà detergenti, semplice preparazione e buona protezione contro la ruggine.
SCELTA DEL FLUIDO DA TAGLIO
La scelta del fluido da taglio è in funzione del tipo di lavorazione, del materiale del pezzo, dell’utensile e dei dati di taglio.
In genere si deve avere una buona lubrificazione quando:
- Si opera con basse velocità di taglio e con materiali difficili da lavorare.
- In operazioni impegnative.
- Si hanno esigenze di migliore rugosità superficiale.
È necessario invece un buon raffreddamento quando:
- Si opera con elevate velocità di taglio e con materiali facili da lavorare.
- In operazioni semplici.
- Si presentano problemi connessi alla formazione di tagliente di riporto.
In ordine di difficoltà di esecuzione, da quelle meno impegnative (come l’affilatura) a quelle più severe (come la filettatura su tornio e la maschiatura), le lavorazioni possono essere elencate come segue:
- Affilatura.
- Tornitura.
- Fresatura.
- Foratura.
- Barenatura.
- Alesatura.
- Foratura profonda.
- Taglio di ingranaggi.
- Filettatura su tornio.
- Maschiatura.
Questa classificazione vale in prima approssimazione perché il tipo e il grado di difficoltà dipendono dalle condizioni, dai dati di taglio, dalla geometria dell’utensile e dal materiale.
INTERAZIONE TRA IL LIQUIDO E L’AMBIENTE
Un altro aspetto non secondario nella scelta del fluido da taglio riguarda l’interazione tra il liquido e l’ambiente in cui esso opera: il fluido infatti non deve causare ruggine o corrosione al pezzo, ma piuttosto deve proteggere il materiale; la macchina non deve essere danneggiata e non deve costituire un rischio per la salute dell’operatore. I fluidi da taglio solubili in acqua devono essere compatibili con l’acqua usata. A questo riguardo il valore di pH dell’acqua è molto importante.
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