Hoe Smering Metaalbewerking Verbetert: Een Tribologisch Perspectief

De Rol van Smering tijdens Metaalbewerkingsprocessen

Om de rol van smering tijdens metaalbewerkingsprocessen te begrijpen, is het belangrijk de tribologie van de smering te kennen. Tribologie bestaat uit grenswrijving, die geassocieerd is met bijna alle metaalbewerkingsoperaties. Het wordt veroorzaakt door de relatieve beweging van twee aangrenzende oppervlakken onder druk. Tijdens metaalbewerkingsprocessen wordt de relatieve beweging tussen walsen en werkstuk verbeterd door het differentieel in oppervlaktesnelheid van de walsen.

Wrijving

Wrijving speelt een belangrijke rol tijdens metaalbewerkingsprocessen. Het wordt gedefinieerd als de weerstand tegen relatieve beweging tussen twee lichamen in contact. Het is een energie-dissiperend proces, wat zorgt voor een temperatuurstijging aan de interface en, indien excessief, kan leiden tot oppervlakteschade. Het beïnvloedt ook de vervorming die plaatsvindt in het metaalbewerkingsproces. Volgens de vroegste theorieën is wrijving het resultaat van het in elkaar grijpen van twee ruwe oppervlakken die over elkaar glijden. Wrijving wordt eigenlijk veroorzaakt door een groot aantal variabelen, zoals belasting, snelheid, temperatuur, de betrokken materialen in het glijparen, en de diverse effecten van vloeistoffen en gassen aan de interface.

De meest algemeen geaccepteerde theorie over wrijving is gebaseerd op de adhesie die ontstaat tussen de asperiteiten (ruwheden) van de contactende lichamen. Het is gebleken dat, ongeacht hoe glad de oppervlakken zijn, ze elkaar slechts op een fractie van hun schijnbare contactoppervlak raken. Dus wordt de belasting tijdens het metaalbewerkingsproces ondersteund door enkele asperiteiten in contact. Daarom is de normale spanning op de asperiteitsjuncties hoog. Bij lichte belasting kunnen de contactspanningen slechts elastisch zijn. Echter, naarmate de belasting toeneemt tot sommige niveaus die betrokken zijn bij het metaalbewerkingsproces, kan elastische vervorming van de asperiteiten plaatsvinden en vormen de juncties een adhesieve binding (microlassen).

De aard en sterkte van de adhesieve binding hangen af van veel factoren. Daaronder zijn: (i) wederzijdse oplosbaarheid en diffusie van de twee oppervlakken in contact, (ii) temperatuur en contacttijd, (iii) aard en dikte van oxidelaagjes of verontreinigingen aan de interface, en (iv) de aanwezigheid van een smerfilm.

Met schone, verse oppervlakken (zoals die geproduceerd door snijden, of in metaalbewerkingsoperaties waarin oppervlakte-uitstrekkingen groot zijn) en in afwezigheid van verontreinigingen of smerfilm, is de sterkte van de juncties hoog vanwege koudperslassen. Gevolgelijk is de afschuifsterkte van de junctie hoog, en dus is de wrijving hoog. Naarmate verontreinigingen of smerstoffen worden geïntroduceerd, of oxidelaagjes zich ontwikkelen (wat in sommige gevallen slechts enkele seconden kan duren), daalt de sterkte van de junctie omdat onder deze omstandigheden geen sterke binding kan worden gevormd. Dus is de wrijving lager.

Wrijvingskracht verhoogt de temperatuur aan het oppervlak. De temperatuur stijgt met: (i) snelheid, (ii) wrijvingscoëfficiënt, en (iii) afnemende warmtegeleiding en specifieke warmte van de materialen. Hoe hogere de warmtegeleiding, des te groter is de warmtegeleiding in de bulk van het werkstuk. Daarnaast, hoe hoger de specifieke warmte, des te lager is de temperatuurstijging. De temperatuurstijging kan voldoende hoog zijn om de interface te laten smelten of fasetransformaties, residuale spanningen en oppervlakteschade (metallurgische brand) te veroorzaken.

Slijtage

Slijtage wordt gedefinieerd als het verlies of de verwijdering van materiaal van een oppervlak. Slijtage kan onder verschillende omstandigheden plaatsvinden. Slijtage als gevolg van deze omstandigheden kan zijn: (i) droge of gesmeerde slijtage, (ii) glijd- of rolcontactslijtage, (iii) slijtage door breuk, of (iv) slijtage door plastische vervorming. Er zijn vier basistypen slijtage: (i) adhesieve slijtage, (ii) abrasieve slijtage, (iii) vermoeidheidsslijtage, en (iv) corrosieve slijtage. Over het algemeen zijn de eerste drie typen slijtage van belang tijdens het metaalbewerkingsproces. Het laatste type slijtage kan ook optreden als gevolg van wals- en werkstukinteracties in de aanwezigheid van diverse vloeistoffen en gassen. Vooral in dit geval moeten passende keuzes van smeringschemie worden gemaakt, afhankelijk van de walsamenstelling, om excessieve corrosieve walslijtage te vermijden.

Adhesieve slijtage

Dit type slijtage is het resultaat van de juncties die tijdens glijden worden afgeschoven. Als de juncties sterke bindingen hebben (zoals bij schone interfaces, onder hoge belasting, en met voldoende contacttijd tussen de twee lichamen), dan vindt breuk van de junctie plaats boven of onder de interface van de asperiteiten. Over het algemeen is het door het zachtere metaal dat de kraak ontstaat en voortschrijdt. Bij herhaald cyclisch belasten wordt het overgedragen deeltje een los slijtdeeltje. In ernstige gevallen van adhesieve slijtage heet het proces galling, scuffing of klemming. Voor adhesieve slijtage moet er een affiniteit (reactiviteit) voor adhesie en lassen tussen de twee glijdende oppervlakken zijn. Het ergste geval van slijtage treedt op tussen twee schone oppervlakken, onder hoge normale belasting en in vacuüm. De basisrol van een effectief smeringsmiddel is om de neiging tot lassen van de asperiteiten te verminderen, hetzij door de oppervlakken te scheiden met een laag smeringsmiddel, hetzij door de afschuifsterkte van de interface te verlagen door de vorming van lage afschuifsterkte verbindingen door chemische reacties. Oppervlaktefilms zijn van groot belang bij adhesieve slijtage. Behalve de smerlaag zijn de oppervlakken bijna altijd bedekt met oxidelaagjes, verontreinigingen en geadsorbeerde gassen of vloeistoffen. Deze films verlagen de afschuifsterkte van de interface aanzienlijk. Dus is de in de praktijk waargenomen slijtage over het algemeen lager dan het anders zou zijn. Oxidelaagjes spelen een significante rol bij wrijving en slijtage. Het effect hangt af van de relatieve snelheid waarmee oxidelaagjes tijdens glijden worden vernietigd en de snelheid waarmee ze zich vormen. Als de vernietigingssnelheid hoog is, dan zijn de oppervlakken niet goed beschermd en is de slijtage hoog.

Abrasieve slijtage

In het abrasieve slijtageproces wordt materiaal van het oppervlak verwijderd door schrapen en het produceren van slivers en microchips. Dus, hoe zachter het materiaal, des te hogere is de abrasieve slijtagesnelheid. Ook met hogere belasting is de slijtagesnelheid hoger. Abrasieve slijtage kan van twee-lichaams type en drie-lichaams type zijn. In het laatste geval bestaat het derde lichaam uit slijtdeeltjes of andere harde verontreinigingen (zoals die opgebouwd in een smeringsmiddel) die tussen de twee glijdende oppervlakken vastzitten. Dit mechanisme heet ook erosieve slijtage. Dit type slijtage is belangrijk in metaalbewerkingsprocessen en in het onderhoud van apparatuur. Met het oog op het verminderen van de opbouw van oxiden, metaalchips of andere metallische deeltjes, is periodieke inspectie, filtering of vervanging van de smerstoffen noodzakelijk.

Vermoeidheidsslijtage

Vermoeidheidsslijtage wordt normalerwijs oppervlaktevermoeidheid of oppervlaktebreukslijtage genoemd. Het is het resultaat van cyclische belasting van een interface tussen de walsen en het werkstuk. Kraken ontwikkelen zich op het oppervlak over een periode door een vermoeidheidsmechanisme, voortkomend uit mechanische krachten of thermische spanningen (thermische vermoeidheid). In beide gevallen wordt materiaal van een oppervlak (meestal het metaalbewerkingsgereedschap) verwijderd door spalling of pitting, waarbij kraken samenkomen door elkaar onder het oppervlak te verbinden. Bij vermoeidheidsslijtage speelt smering een complexe rol. Smerstoffen verlagen wrijving en dus het niveau van spanningen dat vermoeidheidsbreuk kan veroorzaken. Aan de andere kant, als een kraak ontstaat door een mechanisme of oorzaak, dringt de vloeistof de kraak in door oppervlaktespanning. Tijdens opvolgende belastingcycli wordt de vloeistop vastgehouden en, omdat het oncomprimeerbaar is, ontstaat een hoge hydrostatische druk in de kraakopening. Dit propageert de kraak verder in de bulk van het metaalbewerkingsgereedschap. Pitting treedt bijvoorbeeld niet op in ongesmeerde interfaces tenzij chemische aanval plaatsvindt.

Smeermechanismen

Het is duidelijk dat wrijving en slijtage kunnen worden verminderd of geëlimineerd door de glijdende oppervlakken van elkaar gescheiden te houden. Terwijl in machine-elementen, zoals gesmeerde glijlagers en luchtlagers, deze eis gemakkelijk vervuld kan worden, is aan de andere kant, door de belasting en snelheden die betrokken zijn bij het metaalbewerkingsproces en de geometrie van het metaalbewerkingsgereedschap en de werkstuk-interfaces meestal zodanig dat ze het bestaan van een smerfilm niet gemakkelijk toelaten. Smerstoffen worden ook als koelstoffen gebruikt om de door wrijving of walsen gegenereerde warmte af te voeren. Het wordt ook toegepast om deeltjes zoals ijzeroxide en slivers weg te spoelen. Echter, de primaire functie van de toegepaste vloeistof is smeren, daarom wordt de term 'koelstof' normaal niet gebruikt. De belangrijkste smeermechanismen van belang voor het walsproces zijn hieronder gegeven.

Dik-film (hydrodynamische) smering

In dit type smering (ook wel vol-vloeistoffilm genoemd) worden de twee oppervlakken volledig van elkaar gescheiden door een continue vloeistoffilm. De dikte van deze film is ongeveer 10 keer de grootteorde van de oppervlakteruwigheid van de paarende oppervlakken. De vloeistoffilm kan hydrostatisch worden ontwikkeld (door de smerstof in te sluiten) of, meer in het algemeen, door het wig-effect van de glijdende oppervlakken in de aanwezigheid van een viskeuze vloeistof aan de interface. Daarom zijn in dit type smering de bulkeigenschappen van de smerstof (vooral viscositeit) belangrijk en zijn chemische effecten van de smerstof op de metaaloppervlakken niet significant. Bij dik-film smering zijn de belasting meestal licht en de snelheden hoog. De wrijvingscoëfficiënt is zeer laag, normaal in het bereik van 0,001 tot 0,02. Er is geen slijtage, behalve van eventueel vreemd materiaal (derde lichaam) dat in het smeersysteem zou zijn binnengedrongen. Dit type smering treedt normaal niet op in metaalbewerkingsprocessen (inclusief walsproces), behalve in geïsoleerde regio's aan matrix-werkstuk-interfaces met hoge viscositeit smerstoffen en hoge bedrijfssnelheden.

Gemengde smering

De filmdikte in dik-film smering kan worden verminderd door: (i) afname van de viscositeit (bijv. door temperatuurstijging), (ii) afname van de glijsnelheid, of (iii) toename van de belasting. De oppervlakken komen dichter bij elkaar en de normale belasting tussen het metaalbewerkingsgereedschap en het werkstuk wordt deels ondersteund door metaal-naar-metaal contact van de oppervlakken en deels door de vloeistoffilm in hydrodynamische zakken in de oppervlakteruwigheid van de interfaces. Dit wordt meestal gemengde smering genoemd en ook als dunne-film of quasi-hydrodynamisch regime. De filmdikte is lager dan drie keer de oppervlakteruwigheid. De wrijvingscoëfficiënt kan zo hoog oplopen tot ongeveer 0,4 (daarom kunnen krachten en stroomverbruik aanzienlijk toenemen), en slijtage kan significant zijn. Er is een optimale ruwheid voor effectieve smerstoffvangst, met een aanbevolen ruwheid van meestal 15 micron. De hydrodynamische zakken dienen ook als reservoirs voor het leveren van smerstof aan die regio's aan de interface die uitgedroogd zijn voor smerstoffen.

Grenssmering

In het geval van grenssmering hecht een dunne laag smerfilm fysiek aan de oppervlakken door moleculaire krachten (bijv. Van der Waals krachten) of door chemische krachten (chemisorptie). Gebruikelijke grenssmerstoffen zijn oliën, vetzuren, vetzuren en zepen. Grensfilms kunnen snel vormen op schone oppervlakken, hoewel de reactiviteit op sommige materialen zoals titanium en roestvrij staal erg laag is. In dergelijk geval kan smering worden verbeterd door de vorming van grensfilms op de metaalbewerkingsgereedschappoppervlakken in plaats van op het werkstukoppervlak. Een belangrijk verschil is dat, in tegenstelling tot vol-vloeistoffilm smering, waar de bulkeigenschappen van de smerstof (bijv. viscositeit) belangrijk zijn, bij grenssmering de chemische aspecten van de smerstof en zijn reactiviteit met de metaaloppervlakken belangrijk zijn en viscositeit een secundaire rol speelt. In het grenssmeringsgebied is de wrijvingscoëfficiënt normaal in het bereik van 0,1 tot 0,4, afhankelijk van de sterkte en dikte van de grensfilm. Grenssmering wordt vaak waargenomen en toegepast in metaalbewerkingsoperaties zoals walsen. Slijtagesnelheid in dit type smering hangt af van de snelheid waarmee films worden vernietigd door af te wrijven, of door desorptie als gevolg van excessieve temperatuur gegenereerd tijdens het metaalbewerkingsproces. Als de beschermende grenslaag wordt vernietigd, is wrijving en slijtage meestal hoog. De hechtingssterkte van deze film is dus een zeer belangrijke factor voor de effectiviteit van grenssmering. De rol van druk, snelheid en viscositeit op filmdikte moet ook worden erkend.

Extreme Pressure (EP) smering

In het geval van EP-smering wordt het metaaloppervlak chemisch geactiveerd door onomkeerbare chemische reacties. Deze reacties, waarbij zwavel, chloor en fosfor in de metaalbewerkingsvloeistof betrokken zijn, vormen zouten op de paarende metaaloppervlakken. Deze oppervlakken voorkomen of verminderen het lassen van de asperiteiten aan de interface zelfs onder hoge contactdruk tussen metaalbewerkingsgereedschap en werkstuk. Daarom wordt de smering 'extreme pressure' genoemd. Bovendien verminderen deze oppervlaktefilms, vanwege hun lage afschuifsterktes, ook wrijving. Naarmate de temperatuur stijgt, kunnen deze films echter breken, de temperatuur voor afbraak hangt af van de specifieke EP-additief (gebruikt afzonderlijk of in combinatie, zoals zowel zwavel als chloor) en de samenstelling van de metaaloppervlakken. Wanneer de film breekt, vindt metaal-naar-metaal contact plaats, met een daaropvolgende toename van wrijving en slijtage. Echter, de beschermende films van sulfaten en chloriden vormen zich opnieuw met relatieve gemak, vooral op schone nieuwe oppervlakken. Lucht, zuurstof, vocht en water spelen belangrijke rollen bij EP-smering.

Elasto-hydrodynamische (EHD) en plasto-hydrodynamische (PHD) smering

Tijdens het metaalbewerkingsproces kunnen uitschuivingen en vervormingen van de metaalbewerkingsgereedschappen optreden als gevolg van de spanningen die in het metaalbewerkingsproces ontstaan. Het is aangetoond dat, vanwege de eindige elasticiteitsmodulus van stalen, deze uitschuivingen voldoende uitgebreid kunnen zijn om de geometrie van de metaalbewerkingsgereedschap-werkstuk-interface te veranderen, wat de spanningen, contactoppervlakken, geometrie en drukverdeling beïnvloedt. Daarom wordt de term 'elasto-hydrodynamisch' gebruikt. Een andere factor die van toepassing is, is de toename van viscositeit (en zelfs verstijving) van smerstoffen met druk. Dit helpt op zijn beurt hydrodynamische films te ontwikkelen, wat leidt tot een toename van de filmdikte. Een uitbreiding van EHD is 'plasto-hydrodynamische' smering. In dit systeem, waargenomen in processen zoals bandwalsen, wordt de smerstof ingetrokken of ingesloten bij de convergerende kluften in de wals-werkstuk-interfaces. Dus wordt een vol-vloeistoffilm ontwikkeld met een grote daling in wrijving en slijtage. Deze fenomenen zijn met name belangrijk in processen met geconcentreerde contacten zoals koudwalsen van dunne band, vanwege de invloed van kleine veranderingen in de relatieve interfaciale afmetingen op krachten en vervormingsgeometrie.

De Rol van Oppervlaktespanning en Benetting

Naast de viscositeit van smerstoffen en hun chemische eigenschappen in reactie op het werkstuk alsook metaalbewerkingsgereedschapsmaterialen, spelen oppervlaktespanning en benetting ook een belangrijke rol bij smering. Benetting is een fenomeen gerelateerd aan oppervlaktespanning, wat een uiting is van oppervlakte-energie. De benettingseigenschap van een smerstof wordt bepaald door hoe goed het zich uitspreidt over het oppervlak van het werkstuk als een continue film, aangezien het een belangrijk aspect van smering is. Er kan een situatie zijn waarin het wenselijk is dat de smerstof in een bepaald gebied van de interface van het metaalbewerkingsgereedschap en het werkstuk blijft. Als voorbeeld, in een horloge, is er behoefte aan een niet-migerende (niet-bennende) smerstof voor het draaipunt. De vorm van een druppel vloeistof (zoals metaalbewerkingssmerstof) op een vast metaaloppervlak hangt af van de interfaciale spanningen tussen het metaal, de vloeistof en de lucht. De hoek die de rand van de druppel maakt met het oppervlak heet de contacthoek. Hoe kleiner de contacthoek, des te superieur de benettingseigenschappen van de vloeistof. Benetting in metaalbewerkingsvloeistoffen wordt verbeterd door toevoeging van benningsmiddelen, zoals alcoholen en glycolen, of door verhoging van de temperatuur. Het is ook opgevallen dat benetting verbetert door verhoging van de oppervlakteruwigheid.

Het is te zien dat smering in metaalbewerking verschillende mechanismen omvat die afhangen van: (i) de chemie van de metaalbewerkingsgereedschap-smerstof-werkstuk-interface, (ii) de methode van smerstoftoepassing, (iii) de geometrie van het proces, en (iv) de mechanica van de operatie. Ook varieert de smeermodus frequent tijdens de cyclus van metaalbewerking, afhankelijk van veranderingen in de snelheid van het walsproces alsook de hoeveelheid vervorming en de daarbij horende drukken en spanningen.

Selectie van Smerstoffen

Er zijn vijf verschillende categorieën families van metaalbewerkingssmerstoffen die momenteel worden gebruikt bij het uitvoeren van operaties in metaalbewerking op de verschillende oppervlakken en materialen. De gekozen smerstof moet goede productiviteit bieden alsook moet voldoen aan de milieubeperkingen die door de wettelijke instanties aan de fabrieksoperaties worden opgelegd. De verschillende typen metaalbewerkingssmerstoffen zijn: (i) verdampende verbindingen, (ii) chemische oplossingen (synthetische), (iii) micro-emulsies (semi-synthetische), (iv) macro-emulsies (oplosbare), en (v) petroleum-gebaseerde smerstoffen. De reactieve fysieke en chemische eigenschappen voor elke groep smerstof worden hieronder beschreven. Vergelijking van deze verschillende smerstoffen is weergegeven in Tabel 1.

Verdampende verbindingen

Verdampende smerstoffen zijn ook bekend als verdwijnende oliën. Dit zijn wijd gebruikte smerstoffen tijdens de bewerking van metalen. Deze groep is vrij flexibel in zijn fysieke eigenschappen. De benettingscapaciteiten kunnen worden aangepast of gemodificeerd om aan de zwaarte van het metaalbewerkingsproces te voldoen. De droogsnelheid van de smerstof kan ook worden gecontroleerd (afhankelijk van de verdampende drager). Bij zware verdampende toepassingen kunnen extreme druk additieven worden toegevoegd om extra bescherming te bieden aan zowel gereedschappen als werkstukonderdelen. Verdampende smerstoffen worden doorgaans niet van het werkstuk gereinigd en vereisen meestal geen ontvetten. Verdampende verbindingen kunnen gemakkelijk worden toegepast met behulp van de rolcoater-methode. Ze kunnen ook worden toegepast met behulp van het juiste type luchtloze spuitmethode. Verdampende verbindingen mogen echter niet gerecycled worden. Deze familie smerstoffen is ideaal voor geschilderde, gecoate, vinyl en verzinkte oppervlakken alsook niet-ferrode en ferrode materialen. In veel gevallen kan dezelfde gespecialiseerde metaalbewerkingssmerstof niet alleen op het product worden gebruikt, maar ook om langdurige roestbescherming te bieden door de toegepaste smerfilm.

Chemische oplossingen (synthetische)

Chemische oplossingen (synthetische) zijn een van de snelst groeiende families van metaalbewerkingssmerstoffen. Deze smerstoffen zijn economisch, milieu-vriendelijk, makkelijk te hanteren, en ideaal voor gebruik op gecoate, verzinkte, koudgewalst staal, en in sommige gevallen roestvrij staal. Chemische oplossingen stellen mudah laslassen toe zonder voorafgaande reiniging en kunnen worden gebruikt voor andere secundaire operaties zoals perforeren, afkappen, en zelfs boren en tappen. Chemische oplossingen zijn homogene mengsels, gevormd wanneer vast, vloeibaar en gas volledig worden opgelost in een vloeistof die de oplosstof heet. Deze oplossingen (ook wel synthetische vloeistoffen of chemische vloeistoffen genoemd) bevatten geen olie, alleen wateroplosbare corrosieremmers, benningsmiddelen, smerstoffen (complexe esters), biociden (fungiciden), ontschuimingsmiddelen, en soms extreme druk agentia. Er zijn verschillende typen chemische oplossingen beschikbaar. Er zijn zeep-achtige oplossingen voor zware metaalbewerking. Extreme druk-type oplossingen worden gebruikt voor hooglegerde metalen en de non-ionische typen zijn uitstekend voor metaalbewerking van aluminium en gecoate staalcomponenten. Chemische oplossingen kunnen worden toegepast door rolcoater, gesproeid, of gebruikt in geschikte recirculerende systemen.

Micro-emulsies (semi-synthetische)

Soms vereist een metaalbewerkingsoperatie een smerstof die uitstekende afspoeling, koeling en verbeterde smeringseigenschappen biedt. Micro-emulsies zijn ideaal voor gebruik op verzinkte, warmgewalste, koudgewalste, en roestvrij staal. Micro-emulsies bieden een zekere filmsterkte door de combinatie van emulgatoren, wateroplosbare corrosieremmers, benningsmiddelen, organische en anorganische zouten, en soms extreme druk agentia. Micro-emulsies zijn emulsies waarin de gedispergeerde deeltjes in het bereik van 0,01 mm tot 0,06 mm liggen. Deze emulsies zijn doorgaans doorschijnend of transparant in uiterlijk. Hun kleine deeltjesgrootte biedt uitstekende penetratie en koeling voor diverse typen metaalbewerking. Micro-emulsies kunnen worden gesproeid, rol-gecoate of gebruikt in een flood-type koelstoffensysteem.

Macro-emulsies

Macro-emulsies (soms 'oplosbare oliën' genoemd) bevatten een olie-gebaseerde smerstof, zoals een minerale of gecomponeerde olie in de vorm van gedispergeerde druppels, die met behulp van speciale chemische agentia, emulgatoren genoemd, gedispergeerd zijn. De geëmulgde oliedruppels zijn groot genoeg om de gemaakte smerstof melkachtig (of soms doorschijnend) in uiterlijk te maken. De werking van emulsies als smerstoffen kan dicht bij die van de gedispergeerde fase liggen. Emulsies kunnen ook geformuleerd worden om hogere niveaus van extreme druk agentia of barrièrefilms (polymeren, vetten, etc.) voor zware operaties te omvatten. Macro-emulsies zijn doorgaans melkwit van uiterlijk. Ze worden normaal gebruikt in zware metaalbewerkingsprocessen zoals rolvormen van constructieleden, planken, auto- en meubelcomponenten.

Petroleum-gebaseerde metaalbewerkingssmerstoffen

Deze familie metaalbewerkingssmerstoffen biedt gebruikers het breedste bereik aan keuzes van diverse smerstofeigenschappen, zowel chemisch als fysiek van aard. Het primaire voertuig in de samenstelling van deze familie smerstoffen is de mengolie (die variërende viscositeiten kan hebben). Voor het verkrijgen van additionele fysieke eigenschappen kunnen additieven zoals vetten, polymeren en benningsmiddelen worden toegevoegd. Indien nodig, kunnen chemische extreme druk agentia zoals zwavel, chloor en fosfor aan de formulering worden toegevoegd. In speciale gevallen kunnen additieven voor roestpreventie worden toegevoegd. Ook reinigingsinduceerders kunnen worden opgenomen om eenvoudigere reiniging te mogelijk maken. Petroleum-gebaseerde smerstoffen worden op selectieve basis gebruikt in metaalbewerkingsprocessen. Cosmetische typen onderdelen van roestvrij staal en sommige zware gevormde profielen kunnen petroleum-gebaseerde smerstoffen vereisen.

Let op: 1 = Meest effectief en 5 = Minst effectief.

Additieven voor Smerstoffen

Eigenschappen van smerstoffen worden gemodificeerd en gemaakt geschikt voor specifieke toepassingen door additieven. Additieven kunnen smeringseigenschappen verbeteren, metaaloppervlakken beschermen, naast het uitvoeren van diverse andere functies. Roest- of corrosieremmers zijn meestal nitraten of fosfaten. EP-additieven zijn zwavel, chloor of fosforverbindingen. EP-additieven verminderen het koudlassen van metalen onder druk en voorkomen metaal 'opbouw' maar kunnen smeringseigenschappen verminderen. Additieven, zoals esters, dierlijke vetten en vetzuren, worden aan oliën toegevoegd om oppervlaktespanning te verlagen of het beter te laten spreiden. Synthetische smerstoffen worden gemodificeerd met fosforverbindingen of andere chemicaliën, om te fungeren als smeringsdetergenten. De verlaagde oppervlaktespanning stelt de smerstof in staat het contactgebied meer gelijkmatig en sneller te bereiken.

Toepassingsmethoden

Er zijn meestal vier methoden gebruikt voor de toepassing van de smerstoffen. Deze methoden zijn: (i) druppel, (ii) rolcoater, (iii) recirculerende systemen, en (iv) luchtloze spuit. Elke methode heeft zijn eigen voordelen zoals hieronder gegeven.

Druppel

Chemische oplossingen, oplosbare oliën en verdampende verbindingen kunnen worden toegepast met behulp van een druppelsmerder in combinatie met een type wiper bestaande uit een viltpad, open-cel schuim, tapijtmaterialen of pakking. Druppelsmerders zijn niet positief genoeg om zelf een adequate en continue film van smerstof te leveren. Normaal moet de container die de druppelsmerder voedt groot genoeg zijn om een substantiële hoeveelheid te bevatten voor ten minste 1 tot 2 uur aanvoer van smerstof. Smerstof kan worden toegepast op de strip of op de boven- en onderwalsen.

Rolcoater

Deze methode bestaat uit een kleine bewegelijke tank en pompeenheid, die een wiperhoofd of rol met smerstof voedt. De dikte en hoeveelheid smerstof kan worden gecontroleerd, en het overschot vloeit terug naar het reservoir. Bij smeren van voor-gecoate of gepolijste materialen met een rolcoater, is het raadzaam om polyurethaan of neopreen rollen te gebruiken om ervoor te zorgen dat de werkoppervlakken niet gekrabbd of gemarkeerd worden. Stalen rollen kunnen soms problemen veroorzaken op gecoate oppervlakken. In veel gevallen produceren rolcoaters zichzelf niet voldoende smerfilm om deeltjes gegenereerd door aluminium, verzinkt, en warmgewalst weg te spoelen. Soms kan een spuiters geïnstalleerd in de kritieke gebieden van metaalbewerking waar er een mogelijkheid van opbouw is, onnodige deeltjes wegspoelen. Een ander probleem dat kan optreden bij het aanbrengen van smerstof (vooral op brede strip) is het resultaat van materiaal dat een 'kroon' heeft. In zo'n geval kan de rol alleen de hoge plekken smeren, waardoor de buitenste randen zonder smerstof blijven. Een vergelijkbaar probleem kan optreden bij golfende strip. Een zachte rol kan helpen zich aan te passen aan deze kroon of golfconditie.

Recirculerende systemen

Bij het werken met dikker materiaal en koudgewalst en warmgewalst staal (vooral met schil), is het recirculerende systeem van smerstoftoepassing normaal de beste aanpak. Hier moeten voldoende hoeveelheden smerstof niet alleen de metaalbewerkingsgereedschappen beschermen, maar de schil en metaalfijne die door het proces gegenereerd worden, moeten van de gereedschappen afgespoeld worden en in het reservoir terechtkomen. Het gebruik van scheidingswanden, afzettingsbakken en filters helpt grote hoeveelheden verontreinigingen en metaalfijne te verzamelen, waardoor het koelstof relatief schoon blijft. Magneten kunnen uiterst behulpzaam zijn om de hoeveelheid metaal dat gerecycled wordt tot een minimum te beperken.

Luchtloze spuiters

Luchtloze spuitsystemen worden effectief gebruikt als auxiliere eenheden op specifieke metaalbewerkingsstations, voor het heraanbrengen van de smerstof op een kritiek punt in het proces, en op afsnijmatrix smering. Deze systemen werken goed met oplosbare, lichte oliën en verdampende verbindingen en zijn vrij betrouwbaar. Het spuitpatroon verkregen met het gebruik van luchtloze spuit kan zowel rond als waaiervormig zijn. Vanwege de diverse beschikbare spuitpatronen is het een betrouwbare methode voor plekgerichte smering, hetzij het smeren van het werkstuk voordat het de metaalbewerkingsgereedschap binnenkomt of in de gereedschap zelf. Een modern, luchtloos, spuitsysteem produceert geen mist of nevel wat resulteert in oversprai-problemen. Integendeel, het kan precies gericht worden op een doelgebied in de metaalbewerkingsgereedschap en getimt om in combinatie met de apparatuurcyclus te werken.