Lubrorefrigeranti specifici per la rettifica

VETRINA
di Aldo Fiacco
Lubrorefrigeranti
specifici per la rettifica
Nelle lavorazioni di metallo duro o acciaio superrapido HSS, i prodotti per raffreddare e lubrificare devono garantire innanzitutto la detergenza della mola che altrimenti ridurrebbe progressivamente la sua
efficacia. I risultati emersi da un seminario organizzato da Ridix
La Ridix di Torino, importatore unico
per l’Italia dei prodotti Blaser Swisslube, organizza in diverse località italiane dei 'mini seminari', per raggiungere
in modo capillare nicchie di mercato di
utilizzatori di prodotti lubrorefrigeranti.
Lo scorso aprile se ne è svolto uno, a
Pregnana Milanese, indirizzato ai costruttori di utensili in metallo duro e acciaio HSS, dedicato esclusivamente
alle operazioni di rettifica, e in calendario ne sono previsti altri che si svolgeranno a Torino, Verona e in Emilia
Romagna.
In questo incontro milanese, Claudio
Invernizzi, technical manager della Ridix, ha illustrato ai convenuti - fabbricanti di utensili ma anche costruttori di
mole - le principali caratteristiche e
funzioni degli oli minerali e lubrorefrigeranti in generale, le materie prime
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che vengono impiegate, un breve ex- (quindi le proprietà lubrificanti) capacursus sulle varie tipologie delle mole e cità di detergere la mola (la materia
prima impiegata deve avere proprietà
sugli impianti di filtrazione.
lavanti detergenti), corretta viscosità
(in grado di consentire l’evacuazione
OLI INTERI
Il primo aspetto affrontato da Claudio delle polveri di rettifica e agevolare la
Invernizzi è stato quello degli oli interi filtrazione del fluido).
in rettifica, la cui funzione primaria non Negli ultimi tempi, da parte dei coè quella di eliminare calore, come ad struttori di nuove macchine e nuovi imesempio con l’utilizzo di emulsioni so- pianti e da parte degli utilizzatori c’è la
lubili in acqua, bensì quella di evitare tendenza ad abbandonare l’impiego
di lubrorefrigeranti solubili in acqua,
che questo si formi.
Quando si parla di oli interi si parla di che hanno grandi vantaggi (ma che
materie prime che non hanno come ca- generano anche diversi problemi),
pacità primaria quella di eliminare il ca- per passare all’impiego degli oli interi.
lore, ma quella di ridurre l'attrito e, di Il mondo degli oli interi è però molto
conseguenza, di generare meno calo- vasto e occorre capire quali siano le
re. In particolar modo le caratteristiche materie prime idonee per le diverse
principali degli oli interi per rettifica e applicazioni.
affilatura del metallo duro e dell’acciaio Per la scelta di un olio di base, in relaHSS sono: capacità di ridurre l’attrito zione al tipo di lavoro, si devono consi-
derare i seguenti aspetti: un’idonea viscosità; un effetto lubrificante buono,
mediocre, od ottimo a seconda delle
lavorazioni; un alto punto di infiammabilità (è sempre preferibile, a pari viscosità, scegliere il prodotto con il più
alto punto di infiammabilità); scegliere
una materia prima con una tendenza
all’evaporazione e alla formazione di
nebbia e fumi molto bassa.
Una volta individuata la materia prima
che corrisponde ai valori indicati bisogna scegliere gli additivi: mentre la
materia prima non si formula, perché
si acquista dalle industrie petrolchimiche, è l’additivazione il know how tipico dell’azienda che poi immette sul
mercato il prodotto lubrificante. E anche qui la scelta può essere molteplice: additivi che favoriscono la prestazione al taglio, additivi che favoriscono la detergenza, additivi antischiuma, antinebbia, antiossidanti e additivi che aiutano a prevenire eventuali
problemi di corrosione.
Le basi che si possono utilizzare per la
formulazione di un olio per la rettifica
di utensili in MD metallo duro o HSS
acciaio superrapido, sia in produzione dal pieno sia in riaffilatura, (si pensi
alle placchette o alle operazioni di
scanalatura) sono le seguenti:
- olio minerale classico;
- oli bianchi (alimentare e medicale);
- oli minerali raffinati (hydrothreated –
hydrocrack);
- oli sintetici PAO (polialfaolefine), prodotti molto nobili che stanno conqui-
stando quote di mercato;
- esteri naturali ricavati da colza, girasole o grassi animali;
- esteri sintetici a base vegetale;
- esteri sintetici.
Con l’additivazione si modificano le
proprietà degli oli nel:
- comportamento nei processi (tribologia e chimica);
- comportamento sulla macchina
(schiuma, filtrazione, compatibilità);
- comportamento nell‘ambiente (salute, sicurezza, stabilità).
Le basi vengono additivate per migliorarne il rendimento con additivi polari
e/o con additivi estrema pressione
(EP): tutti gli additivi hanno un loro
campo di lavoro e servono a favorire la
prestazione del lubrificante.
In questo campo, sottolinea Claudio
Invernizzi, bisogna prestare molta attenzione perché nelle lavorazioni di
rettifica di utensili in MD o acciaio
HSS, contrariamente a quanto avviene per altre lavorazioni, additivi quali
cloro, fosforo, zolfo, zinco, non sono
così necessari, anzi tendono a creare
anomalie, e a peggiorare la caratteristica di detergenza della materia prima, che è la caratteristica primaria da
salvaguardare.
La detergenza favorisce la pulizia della mola, in abbinamento alle pompe
ad alta pressione. Pensiamo alla mola
come un utensile politagliente, tanti
piccoli microutensili agglomerati da
un legante, dove ogni singolo tagliente, in conseguenza di un movimento
rotatorio e della pressione specifica
esercitata, incide sulla superficie geClaudio Invernizzi, technical manager della Ri- nerando un microtruciolo e/o polvere.
dix, presenta gli oli minerali interi per la rettifica Ogni mola ha una diversa porosità che
del metallo duro e dell‘acciaio superrapido.
è determinata dallo spazio che inter-
corre tra i singoli grani abrasivi. Il lubrorefrigerante deve garantire la migliore evacuazione dello sfrido che
potrebbe occludere la porosità della
mola. Se la mola è sporca tende a slittare, se la mola è pulita taglia correttamente e questo si può notare anche
da un minor assorbimento in kW del
mandrino porta mola. Nei laboratori
della Blaser sono stati eseguiti diversi
test per misurare e individuare la migliore materia prima e la corretta additivazione nelle diverse lavorazioni di
scanalatura e affilatura del metallo duro e dell’acciaio superrapido.
REQUISITI DEL
LUBROREFRIGERANTE INTERO
IN RETTIFICA
Per riassumere quanto sin qui esposto, i requisiti indispensabili di un olio
lubrificante per le lavorazioni in rettifica di utensili in metallo duro e acciaio
HSS devono essere:
- spiccate doti di lavaggio e detergenza tali da assicurare una efficace pulizia della mola e asportazione dello
sfrido generato;
- stabilità viscosimetrica;
- stabilità chimico fisica;
- riduzione del coefficiente di attrito
(deve generare meno calore);
- alto punto di infiammabilità (flash
point);
- viscosità idonea;
- scarsa emissione di fumi e vapori
nell’ambiente;
- bassa tendenza alla formazione di
schiuma.
Per mantenere queste qualità nel tempo è fondamentale che l’olio non si carichi di particelle meccaniche, che accelerano tutti i processi ossidativi e
danno luogo a composti insolubili, saponi metallici e polimeri, che aumentano il volume dei fanghi. Le reazioni
chimiche che ne conseguono deteriorano gli additivi (anti usura, antiossidanti) e questo rende necessaria una
riadditivazione; inoltre, l’effetto catalizzatore delle particelle metalliche in sospensione dà luogo a una accelerazione dell’ossidazione dell’olio, aumentandone l’acidità e rendendo più
pressante il cambio periodico dello
stesso.
Per il metallo duro la viscosità cinematica ideale, a 40 °C, deve porsi tra 5
cST a 10 cST, per l’Acciaio HSS la viRMO n. 110 giugno 2007
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Contenuto di particelle non solubili
negli oli da taglio secondo la norma ISO 4406
OTTIMO: inferiore a 15 mg/l. Mantiene inalterate le caratteristiche dell’olio.
BUONO: tra 15 e 50 mg/l. Non idoneo per operazioni di rettifica con rugosità richiesta inferiore a Rz 1 micron.
TOLLERABILE: tra 50 e 100 mg/l. Hanno inizio le reazioni chimiche segnalate in precedenza. L’olio inizia a perdere le proprie caratteristiche specifiche di rendimento è richiesta
una nuova additivazione.
INADEGUATO: tra 100 e 200 mg/l. Formazione di saponi, le particelle in sospensione si
comportano come abrasivi danneggiando tanto la superficie dei pezzi lavorati, quanto le
parti delicate della macchina. Se questa impurità si combina con H2O > 0,1% si favoriscono molte reazioni di idrolisi e polimerizzazione che provocano l’aumento dell’acidità.
Procedere alla sostituzione.
ECCESSIVO: più di 200 mg/l: deterioramento rapido dell’olio, perdita di rendimento e aumento dell’acidità. Maggiore usura degli utensili. Pessime finiture superficiali. Formazione di strati collosi sulle macchine e sui pezzi. Consumo eccessivo di olio.
scosità cinematica ideale, a 40 °C, deve porsi tra 5 cST a 22 cST. Allo scopo
di mantenere il più a lungo possibile
una qualità ottimale del liquido lubrorefrigerante, all’interno delle vasche
della macchine utensili, occorre prevedere un’adeguata filtrazione.
rante con scarsa tendenza all’evaporazione, un lubrorefrigerante con alto
punto di infiammabilità (> 180°C), portata e getto dello stesso abbondante
per annegare mola/pezzo, mantenere
la vasca termorefrigerata a 25 - 30 °C.
METALLO
TEMPERATURA
DI COMBUSTIONE
E RISCHIO D‘INCENDIO
Il punto di infiammabilità (sarebbe più
corretto chiamarlo flash point), rappresenta la temperatura alla quale
l’olio, se riscaldato, emette un quantitativo di vapori tale da formare con
l’aria una miscela che si accende in
presenza di una fiamma libera e si
spegne non appena questa viene allontanata. La determinazione del punto di infiammabilità viene effettuata in
due modi: ASTM D 93 vaso chiuso e
ASTM D 92 vaso aperto. Per il medesimo prodotto, utilizzando il metodo di
vaso aperto, il flash point è generalmente superiore di circa 10-20 °C.
Tutte le macchine che lavorano con oli
interi sono potenzialmente a rischio incendio o esplosione, ciò può accadere a causa della presenza di: combustibile (olio) + comburente (Ossigeno)
+ innesco (scintilla).
Per ridurre al minimo il rischio incendio
occorrere scegliere un lubrorefrigeTabella additivi EP (estrema pressione). La presenza degli additivi negli oli lubrificanti consente
di modificare le proprietà degli oli.
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DURO… QUALE
LUBROREFRIGERANTE USARE?
Fino a qualche tempo fa la tendenza
era quella di lavorare il metallo duro
(micrograni di carburo di tungsteno +
cobalto legante) con lubrorefrigeranti
solubili (soluzioni sintetiche trasparenti), formulate per inibire la soluzione del cobalto in acqua. Era sconsigliabile l’uso di lubrorefrigeranti miscibili in acqua a base minerale o semisintetici, perché non compatibili con le
mole diamantate.
La progressiva soluzione del cobalto
in acqua generava infatti un problema
tecnico e uno tossicologico. Problema
tecnico: essendo il metallo duro un insieme di micrograni di carburo di tungsteno legati dal cobalto, se si verifica
una parziale soluzione del cobalto in
acqua l’utensile prodotto potrebbe essere meno resistente all’usura nella
zona dove una parte di cobalto si è disciolta. Problema tossicologico: la letteratura riporta vari effetti del Cobalto
sulla salute dei lavoratori esposti (dermatiti e patologie dell’apparato respiratorio quali asma, fibrosi polmonare).
È accertata l’insorgenza di tumori negli animali. La Iarc (Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro) inserisce il cobalto nel gruppo 2B (possibile fattore cancerogeno per l’uomo). Il
limite di esposizione TLV-TWA fissato
dalla ACGIH (2000) è pari a 0,02
mg/m3.
LA STRUTTURA
DELLE MOLECOLE
Dopo aver illustrato in dettaglio le peculiarità delle basi che vengono utilizzate per la formulazione di oli lubrificanti (olio minerale classico, oli bianchi (alimentare e medicale), oli minerali raffinati (hydrothreated – hydrocrack), oli sintetici PAO (polialfaolefine), esteri naturali ricavati da colza, girasole o grassi animali, esteri sintetici
a base vegetale, esteri sintetici, Claudio Invernizzi si è soffermato in particolare sulle strutture delle molecole di
idrocarburi che sono essenzialmente
di due tipi: il primo è quello naftenico
(anche aromatico) con basso indice di
viscosità, eccellente solubilità (generalmente l’utilizzo è per formulare LR
miscibili), molecole più reattive e meno stabili chimicamente. Il secondo è
quello paraffinico con buon indice di
viscosità, stabilità chimica, ridotta
evaporazione.
Esistono inoltre gli idrocarburi ciclici e
policiclici aromatici, questi ultimi devono essere esclusi per problemi tossicologici. La direttiva 94/69/CEE recante il 21° adeguamento della direttiva 67/548/CEE stabilisce che non è
necessaria la classificazione di cancerogeno per le sostanze derivate dal
carbone e dal petrolio, se si può dimostrare che la sostanza contiene :
- meno dello 0,1% peso/peso di benzene;
- meno dello 0,1% peso/peso di 1,3
butadiene;
- meno dello 0,005% peso/peso (50
ppm) di benzo (a) pirene;
- meno del 3% di estratto DMSO secondo misurazione IP 346;
- se si conosce l‘intero iter di raffinazione e si può dimostrare che la sostanza
da cui il prodotto deriva non è cancerogena (vedi D.Lgs.03-02-1997, n°52
e DM28/041997).
Parlando di olio minerale paraffinico,
se queste basi vengono sottoposte a
un processo spinto di idrogenazione
si ottiene la quasi totale eliminazione
degli atomi di azoto, ossigeno e zolfo;
il prodotto è ulteriormente stabilizzato
e vengono denominati idrogenati o hydrotrattati o hydrocraccati.
L‘hydrothreated è il trattamento con
idrogeno con cui vengono eliminati i
componenti indesiderati, come gli
aromatici, gli olefini, gli atomi di zolfo,
azoto e ossigeno.
L’hydrocrack è il trattamento di separazione termica o catalitica in atmosfera idrogenata, dove si raggiunge una
purezza più elevata nei confronti di oli
hydrothreated. Gli oli hydrocrack hanno una stabilità termica maggiore, un
miglior comportamento della viscosità
al variare della temperatura e una ridotta evaporazione.
LE
PROPOSTE BLASER
Per la rettifica e l’affilatura di metallo
duro e acciaio HSS, Blaser propone
alcune famiglie di prodotti ma decisamente punta sulla famiglia degli oli paraffinici hydrocrak, il Blasogrind HC 5
e 10 quest’ultimo caratterizzato da:
- viscosità 10 cst 40 °c;
- alto punto di infiammabilità (flash
point) 186°C (per Blasogrind HC 5
144°C);
- bassa tendenza all’evaporazione;
Durante il processo produttivo, l’emulsione/olio da taglio viene contaminato oltre che da oli estranei
anche da microparticelle di materiale in sospensione, che, reagendo con gli additivi, si comportano
da agente catalizzatore, degradando prematuramente i liquidi in oggetto.
Evaporazione e infiammabilità dei diversi oli
presenti sul mercato.
- elevate proprietà detergenti (mola
pulita – pezzi puliti);
- elevato rendimento;
- riduzione assorbimento kW mandrino portamola;
- stabilità fisico-chimica;
- minima variazione della viscosità al
variare della temperatura;
- ottima compatibilità con gomme e
elastomeri;
- assenza di schiuma;
- incolore e inodore.
Con alcune riserve di applicazione dispone di esteri sintetici naturali, Vascogrind SE 5 – 10 (viscosità 10 cSt a
40 °C) con punto di infiammabilità rispettivamente di 170 ° e 208 °C .
Un’importante novità sono le polialfaolefine PAO 5 con punto di infiammabilità a160 °C e il PAO 10 con il flash point
a 178 °C.
CONCLUSIONI
I fattori di successo e la corretta scelta
del lubrorefrigerante nella rettifica metallo duro e acciaio HSS devono attentamente tenere presente: caratteristiche e prestazioni della macchina
utensile; caratteristiche e prestazioni
della mola; caratteristiche e prestazioni del lubrorefrigerante; volume adeguato di lubrorefrigerante (portata
pompe e volume vasche); caratteristiche del sistema filtrante, adeguato al
processo e in grado di mantenere pulito il fluido; termorefrigerazione del lubrorefrigerante.
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