Được sử dụng để chế tạo các sản phẩm kim loại như lưỡi dao, phụ tùng xe và công cụ,… gia công kim loại là một quá trình thiết yếu trong sản xuất cơ khí ngày nay. Trong khi các quy trình sản xuất thay thế như in 3D, đang ngày càng phổ biến, dầu gia công kim loại sẽ được tiếp tục được sử dụng trong nhiều năm tới vì tầm quan trọng không thể thiếu trong quy trình sản xuất.
Một số chức năng cơ bản của chất lỏng gia công kim loại bao gồm bôi trơn, làm mát, bảo vệ chống ăn mòn và loại bỏ chip. Dung dịch hay dầu gia công kim loại giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ, hỗ trợ kiểm soát kích thước chính xác phôi gia công, cải thiện độ hoàn thiện bề mặt và giảm tiêu thụ năng lượng.
Công thức cơ bản của dầu
Về cơ bản, có bốn loại chất lỏng gia công kim loại: dầu Neat, dầu tổng hợp, dầu bán tổng hợp và dầu hòa tan, còn được gọi là dầu nhũ hóa.
Dầu Neat (dạng mạch thẳng) thường được pha chế khá linh hoạt và có thể được tạo thành từ dầu khoáng, thực vật hoặc động vật. Dầu neat không được pha loãng và thường được sử dụng trong các quy trình gia công nặng, tốc độ thấp. Phụ gia áp suất cực cao thường được sử dụng để tăng cường hiệu suất.
Dầu nhũ hóa hoặc hòa tan được pha chế để sử dụng như chất làm mát và chất bôi trơn, đặc biệt cho các ứng dụng cắt và mài. Những loại dầu này chống hàn dính giữa dụng cụ cắt và phôi đồng thời ngăn ngừa mài mòn dụng cụ. Dầu hòa tan chứa dầu khoáng nguyên chất (khoảng 40% -70%) cũng như phụ gia nhũ hóa.
Dầu bán tổng hợp chứa từ 5% -30% dầu khoáng và được pha loãng với 30% -50% nước. Dầu bán tổng hợp thường chứa nồng độ phụ gia cao và cũng được làm mát và bôi trơn. Sử dụng được trong tất cả các quy trình cắt kim loại.
Dầu tổng hợp có bản chất chứa các loại dầu tổng hợp như este hoặc polyalphaolefin, được sử dụng để làm liên tục thấm ướt phôi để ngăn sương mù và khói, đặc biệt là trong quá trình mài. Tuy nhiên, nhược điểm đáng kể của dầu tổng hợp là không có khả năng chống ăn mòn và có thể gây gỉ dụng cụ theo thời gian.
Một số chất phụ gia phổ biến nhất được sử dụng trong chất lỏng/dầu gia công kim loại là chất ức chế ăn mòn, chẳng hạn như canxi sulfonate, axit boric, xà phòng axit béo và amin; phụ gia cực áp, như parafin clo hóa và các dẫn xuất phốt pho; các chất chống hình thành sương, chẳng hạn như polyme polyisobutylene; chất nhũ hóa, như triethanolamine và muối của axit béo; chất phân tán; và chất tạo mùi…
Bất kỳ chất lỏng/dầu gia công kim loại nào có chứa nước nào cũng sẽ kết hợp một số loại chất diệt khuẩn, thường được coi là một chất phụ gia, bởi vì nước có lợi cho sự phát triển của vi sinh vật. Sự hiện diện của vi sinh vật có thể dẫn đến các mối nguy hiểm về sức khỏe và an toàn, tách nhũ tương, tạo sinh khối (cặn), hình thành màng sinh học và ăn mòn kim loại, sinh mùi khó chịu…
Các quy trình gia công kim loại và dầu bôi trơn.
Có một số quy trình được sử dụng để sản xuất các sản phẩm kim loại, coi như phổ biến nhất:
Phay. Các hoạt động phay bao gồm các quy trình phay dọc và ngang, doa, mài giũa, hobbing và khoan. Quá trình phay trong đó phôi được được cố định an toàn vào một bàn di động, dụng cụ phay di chuyển theo chiều gia công. Các hoạt động phay thường sử dụng dung dịch làm mát hòa tan và bôi trơn (dầu nhũ hoá), cũng có thể sử dụng dầu neat có độ nhớt thấp..
Tiện. Được phân loại là một hoạt động cắt kim loại thực hiện bằng máy vít/dao và bàn tiện. Trong các loại máy này, phôi quay ở tốc độ từ thấp đến cao, và dầu neat hoặc dung dịch làm mát hòa tan được phun lên phôi quay và dụng cụ để giữ cho cả phôi và dụng cụ nguội. Chất lỏng gia công kim loại trong các hoạt động này có nhiệm vụ bôi trơn máy cắt, loại bỏ phoi và mạt kim loại, đồng thời ngăn chặn sự trầy xướt bề mặt phôi.
Mài. Các ứng dụng mài bao gồm mài bề mặt, mài nghiên, mài không trung tâm cũng như mài hình trụ. Quá trình này khác với cắt vì nó sử dụng một bánh mài để loại bỏ vật liệu thay vì chỉ đơn giản là cắt nó đi bằng một công cụ. Trong hầu hết các hoạt động mài, như với phay, phôi được gắn vào bàn di động với bánh mài quay ở tốc độ từ thấp đến cao. Hầu hết các hoạt động mài đều sử dụng dầu hòa tan ở áp suất thấp để làm mát bề mặt, xả bụi và mạt kim loại ra khỏi đá mài với mức độ bôi trơn vừa phải.
Đùn và dập. Quá trình và dập được coi là công đoạn hình thành sản phẩm. Trong các quá trình này kim loại liên tục bị tác động lực bởi một hoặc nhiều khuôn cho đến khi nó được tạo thành hình dạng mong muốn. Quá trình này đòi hỏi áp lực cao, tạo ra nhiệt và sương đáng kể. Dầu hòa tan, dầu neat và dầu tổng hợp có thể được sử dụng cho các ứng dụng này.
Đúc. Một phần đúc được hình thành bằng cách đổ kim loại nóng chảy vào khuôn chết và để nguội. Nhôm, kẽm và magiê là những kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong đúc khuôn. Dầu bôi trơn khuôn gốc nước được phun lên khuôn giữa mỗi lần đúc để tạo ra một bề mặt ngăn cách giữa khuôn và phần đúc để dễ dàng tháo phần đúc khỏi khuôn. Dầu bôi trơn này về cơ bản bao gồm sáp parafin và nước.
Kéo. Các hoạt động như kéo các thanh kim loại qua một loạt các khuôn làm giảm đường kính thanh tạo thành vật liệu giống như dây. Quá trình tạo ra nhiệt và thường sử dụng dung dịch bôi trơn hòa tan, dựa trên gốc sáp hoặc xà phòng. Dầu neat cũng có thể được sử dụng trong quá trình này.
Sức khỏe và An toàn
Dầu gia công rất thông dụng cho nên không có gì bí mật về thành phần, do đó các mối quan tâm về sức khỏe và an toàn nghề nghiệp được đề cao. Mặc dù ngành công nghiệp đã có những bước tiến lớn trong việc đảm bảo rằng dầu gia công kim loại an toàn cho công nhân, các chuyên gia cho rằng vẫn có những rủi ro đáng kể liên quan đến chúng.
Theo Giám đốc điều hành về an toàn và sức khỏe lao động của Vương quốc Anh (HSE), việc tiếp xúc với dầu/dung dịch gia công kim loại có thể gây ra nhiều rủi ro sức khỏe khác nhau, bao gồm viêm da và các kích ứng khác đối với da cũng như các bệnh về phổi, như hen suyễn, viêm phổi do quá mẫn cảm và viêm phế quản mãn tính.
Vậy làm thế nào để giảm thiểu những rủi ro an toàn này?
Bất kể công thức dầu gia công kim loại là gì, việc xử lý chất lỏng thích hợp là điều tối quan trọng đối với sự an toàn của người lao động. Có khả năng các chất gây ung thư như các hợp chất thơm đa vòng (PCA) và nitrosamine có thể được hình thành trong một số điều kiện sử dụng nhất định. Ví dụ, PCA có thể được hình thành khi chất lỏng gia công kim loại có công thức với dầu khoáng được sử dụng trong thời gian dài ở nhiệt độ cao.
Hệ thống chứa dung dịch dầu gia công kim loại có chứa bất kỳ lượng nước nào có thể bị ô nhiễm bởi vi khuẩn có hại. Bởi vì điều này, cả hệ thống và dung dịch nên được theo dõi cẩn thận. HSE đề nghị kiểm tra thường xuyên chất lượng chất lỏng, bao gồm nồng độ dung dịch và pH. Điều này có thể được thực hiện theo nhiều cách. Ví dụ, giấy nhúng vi sinh là một cách tương đối dễ dàng để đánh giá vi khuẩn.
Giấy nhúng là vật mang nhựa được phủ bằng môi trường nuôi cấy vô trùng, được nhúng vào chất lỏng gia công kim loại và sau đó được ủ để tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển. Kết quả cho loại thử nghiệm này được thể hiện bằng các đơn vị hình thành khuẩn lạc trên mỗi ml chất lỏng. Ngưỡng khuyến nghị của HSE cho sự phát triển của vi khuẩn được minh họa trong Hình 1.
Hình 1. Quản lý nhiễm vi khuẩn trong dung dịch gia công kim loại
| Source: Health and Safety Executive | ||
| Tốt: <104 CFU/ml |
| |
| Mức hợp lý: ≥104 to <106 CFU/ml |
| |
| Kém: ≥106 CFU/ml | Tham khảo hướng dẫn HSE 22 December 2008. | |
Theo Syney Moore, Aug 1 2022, Lubengrease Magazin
ESKA Singapore dịch