Koelsmeermiddelen: Soorten, toepassingen en gezondheidsbescherming bij metaalbewerking

Koelvloeistoffen behoren tot de onmisbare bewerkingsmiddelen in de moderne industrie. Deze vloeistoffen, ook wel koelvloeistoffen of snijvloeistoffen genoemd, vervullen diverse functies in bewerkings- en vormprocessen: ze koelen het gereedschap en het werkstuk, smeren de contactzone en voeren spanen betrouwbaar af.

Alleen al in Duitsland verbruikt de metaalverwerkende industrie jaarlijks zo'n 50.000 ton van deze smeermiddelen. Het gebruik ervan brengt echter ook uitdagingen met zich mee, aangezien de vrijkomende nevels en dampen de gezondheid van werknemers in gevaar brengen en professionele afzuigsystemen vereisen.

Deze handleiding beschrijft de verschillende soorten metaalbewerkingsvloeistoffen, hun toepassing bij verspaning en de belangrijkste maatregelen voor arbeidsveiligheid.

Wat zijn koelsmeermiddelen?

Koelvloeistoffen zijn vloeibare of pasta-achtige media die tijdens metaalbewerking tussen het gereedschap en het werkstuk worden gebruikt. De belangrijkste functie van deze bewerkingsvloeistoffen is het afvoeren van de warmte die tijdens de bewerking ontstaat en tegelijkertijd het verminderen van wrijving.

Volgens DIN 51385 (de Duitse industriële norm voor smeermiddelen) wordt een fundamenteel onderscheid gemaakt tussen niet-watermengbare en watermengbare koel- en afwerkingsvloeistoffen (CFF's). Niet-watermengbare producten bestaan ​​hoofdzakelijk uit oliën, terwijl watermengbare varianten als concentraat worden geleverd en ter plaatse met water worden gemengd tot een emulsie of oplossing. Het oliegehalte in deze emulsies ligt doorgaans tussen de 5 en 8 procent.

Functies van koelsmeermiddelen in de productie

Koelvloeistoffen en smeermiddelen (CSS) vervullen in de industriële productie meerdere functies tegelijk. De combinatie van koeling en smering maakt ze tot een essentieel element voor hoogwaardige bewerkingsresultaten.

1. Koeling van gereedschap en werkstuk

Het koeleffect voorkomt oververhitting van de bewerkingszone. Bij watermengbare koelvloeistoffen en smeermiddelen wordt de warmteafvoer vrijwel uitsluitend door het water bepaald. De hoge warmtecapaciteit van het water zorgt ervoor dat de temperatuur snel wordt afgevoerd vanaf het contactpunt. Dit beschermt de microstructuur in de oppervlaktelagen van het gereedschap en het werkstuk tegen ongewenste veranderingen en verbetert de maatnauwkeurigheid van de geproduceerde onderdelen.

2. Smering en wrijvingsvermindering

Het smerende effect van koelvloeistof vermindert de wrijving tussen het gereedschap en het werkstuk aanzienlijk. Dit vermindert gereedschapslijtage en verlengt de levensduur van het gebruikte gereedschap aanzienlijk. Door hun hogere viscositeit hebben niet-watermengbare smeermiddelen vaak een beter smerend effect dan watermengbare varianten. De keuze van additieven bepaalt grotendeels de eigenschappen en het toepassingsgebied.

3. Verwijderen van spanen en oppervlakteafwerking

Koelvloeistoffen en smeermiddelen zorgen voor het wegspoelen en verwijderen van spanen uit het bewerkingsgebied. Dit proces voorkomt dat spanen zich ophopen in de snijzone en het werkstuk beschadigen. Tegelijkertijd zorgen schone koelvloeistoffen en smeermiddelen voor een betere oppervlakteafwerking van de bewerkte materialen en verminderen ze de vorming van aanhechtingsmateriaal op het gereedschap.

4. Corrosiebescherming

Koelvloeistoffen en smeermiddelen (CLM's) moeten uitstekende corrosiebeschermende eigenschappen bezitten om corrosie op het werkstuk, het gereedschap en de oppervlakken van de werktuigmachine te voorkomen. Speciale corrosieremmers vormen een beschermende film op de metalen oppervlakken en voorkomen zo oxidatieve schade.

Soorten koelsmeermiddelen

Koelsmeermiddelen worden volgens DIN 51385 hoofdzakelijk in twee groepen ingedeeld. Beide categorieën hebben specifieke voor- en nadelen voor verschillende toepassingen in de metaalbewerking.

1. Koelsmeermiddelen die niet met water mengbaar zijn

Niet-watermengbare metaalbewerkingsvloeistoffen (MWF's) bestaan ​​hoofdzakelijk uit oliën zoals snijoliën, hoonoliën en slijpoliën. Dit zijn meestal naftenische of paraffinehoudende minerale oliën, minder vaak synthetische oliën zoals hydrogekraakte oliën (basisoliën geraffineerd door middel van waterstofbehandeling onder hoge druk) of esteroliën (synthetische smeermiddelen op basis van organische zuren).

Deze producten worden voornamelijk gebruikt wanneer een hoge mate van smering vereist is. Voor eenvoudige bewerkingsprocessen is pure minerale olie voldoende; er worden echter meestal fosfor- of zwaveladditieven toegevoegd om de prestaties te verbeteren.

2. Met water mengbare koelsmeermiddelen

Watermengbare koelvloeistoffen worden geleverd als concentraat en ter plaatse met water gemengd. Deze varianten bieden een goede warmteafvoer, maar hebben lagere smerende eigenschappen in vergelijking met zuivere oliën. Op minerale olie gebaseerde watermengbare koelvloeistoffen bevatten emulgatoren en additieven voor een betere smering. De stabiliteit van wateroplosbare producten wordt beïnvloed door de waterkwaliteit.

Binnen de met water mengbare groep wordt nog een onderscheid gemaakt:

• Emulsies: Olie-in-watermengsels gestabiliseerd door emulgatoren.
• Semi-synthetische koelvloeistoffen: een mengsel van emulsie en wateroplosbare oplossing
• Synthetische oplossingen: Wateroplosbare concentraten die een heldere, olievrije oplossing vormen wanneer ze met water worden gemengd.

Bestanddelen en additieven

Naast basisolie of water bevatten koelsmeermiddelen diverse additieven die hun eigenschappen specifiek verbeteren. EP-additieven (Extreme Pressure Additives) reageren met het werkstukmateriaal bij hoge drukken en temperaturen, waardoor pieken in de oppervlakteruwheid worden voorkomen.

AW-additieven (slijtagevertragende additieven) vormen een hechtende film op het oppervlak van het gereedschap en het werkstuk.

Andere veelvoorkomende ingrediënten zijn schuimremmers, biociden voor conservering, stabilisatoren en corrosieremmers. Metaalbewerkingsvloeistoffen en hun preparaten worden over het algemeen beschouwd als mengsels in de zin van de CLP-verordening (Europese verordening betreffende de classificatie, etikettering en verpakking van stoffen); daarom moeten er veiligheidsinformatiebladen worden verstrekt.

Toepassingsgebieden in de metaalbewerking

Koelsmeermiddelen worden gebruikt bij een breed scala aan bewerkingsmethoden. De keuze van het juiste product hangt af van het materiaal, het proces en de gebruikte apparatuur.

1. Verspaningsbewerkingen

Bij bewerkingsprocessen zoals draaien, boren, frezen, brootsen en zagen zijn koelvloeistoffen onmisbaar. De hoge snijsnelheden genereren aanzienlijke warmte, wat zonder adequate koeling leidt tot gereedschapsbeschadiging en maatafwijkingen. Bij slijpen vereisen koelvloeistoffen uitstekende spoelende eigenschappen en corrosiebescherming om fijne slijpdeeltjes betrouwbaar te verwijderen. Ook bij honen en lappen zijn speciale smeermiddelen met een aangepaste viscositeit nodig.

2. Transformatie

Bij vormprocessen zoals dieptrekken, stempelen of walsen verminderen koelsmeermiddelen de wrijving tussen het gereedschap en het materiaal. Deze smering maakt een hogere vormgraad mogelijk en beschermt gevoelige werkstukoppervlakken tegen beschadiging.

3. Materiaalspecifieke toepassing

De keuze voor het juiste product hangt ook af van het te bewerken materiaal. Aluminium wordt vaak bewerkt met wateroplosbare koelvloeistoffen die zorgen voor een goede koeling en geen vlekken achterlaten. Staal en gietijzer vereisen verschillende smeermiddelen, afhankelijk van het bewerkingsproces. Bij het bewerken van gietijzer, brons, messing en thermohardende kunststoffen wordt over het algemeen perslucht gebruikt in plaats van vloeibare koelvloeistoffen.

Gezondheidsrisico's en arbeidsveiligheid

Het gebruik van metaalbewerkingsvloeistoffen brengt gezondheidsrisico's met zich mee die tot een minimum moeten worden beperkt door middel van passende beschermingsmaatregelen. Een risicoanalyse is wettelijk verplicht voor werkzaamheden waarbij metaalbewerkingsvloeistoffen worden gebruikt.

Werkplekuitstoot

Hoge gereedschapssnelheden en temperaturen zorgen ervoor dat koelsmeermiddelen zich als fijne deeltjes in de lucht verspreiden. Deze aerosolen en dampen kunnen bij langdurige blootstelling gezondheidsproblemen veroorzaken. Luchtvervuiling op de werkplek moet worden gemonitord en, indien nodig, worden verminderd. Voor watermengbare koelsmeermiddelen die in de metaalbewerking worden gebruikt, schrijft de DGUV-verordening 109-003 een beoordelingsdrempel voor van 10 mg/m³ als de som van dampen en aerosolen.

Huidirritatie en infectierisico's

Koelvloeistoffen kunnen gezondheidsproblemen veroorzaken bij werknemers die ermee in contact komen. Naast veelvoorkomende huidirritaties en ontstekingen kunnen ook allergische reacties optreden. Met water mengbare koelvloeistoffen zijn bijzonder gevoelig voor microbiële besmetting door bacteriën en schimmels, wat tot verdere gezondheidsproblemen kan leiden. De Duitse verordening inzake biologische agentia (Biostoffverordnung) moet bij het gebruik ervan in acht worden genomen.

Extractie als beschermende maatregel

Om de concentratie van emissies van metaalbewerkingsvloeistoffen (MWF) onder de beoordelingsdrempels te houden, is het gebruik van afzuigsystemen in veel gevallen essentieel. Olienevelafscheiders en emulsienevelafscheiders vangen de verontreinigde lucht direct bij de bron op en reinigen deze met behulp van meertrapsfiltersystemen.

Deze luchtbehandelingsmaatregelen beschermen de gezondheid van werknemers en verbeteren tegelijkertijd de kwaliteit van de werkplek. Professionele olienevelafzuiging is met name noodzakelijk voor CNC-bewerkingscentra en productielijnen met hoge emissieniveaus.

Onderhoud en verzorging van koelsmeermiddelen

Regelmatige inspectie is essentieel om ervoor te zorgen dat de koelvloeistof langdurig effectief blijft. De intervallen voor het verversen variëren van enkele weken tot meerdere jaren, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden en het onderhoud.

Monitoring en controle

Het uiterlijk en de geur van de koelvloeistoffen moeten dagelijks worden gecontroleerd. Volgens TRGS 611 (Technische voorschriften voor gevaarlijke stoffen betreffende gebruiksbeperkingen voor met water mengbare koelvloeistoffen) moeten de pH-waarde en het nitrietgehalte minstens wekelijks worden gecontroleerd.

De DGUV-verordening 109-003 adviseert bovendien wekelijkse controle van de concentratie van de metaalbewerkingsvloeistof (MWF). Een microbiële telling kan nuttig zijn als aanvulling, maar is niet verplicht. Tijdens langere werkpauzes kunnen bacteriën zich vermenigvuldigen, wat kan leiden tot sterke geuren. Om gezondheidsproblemen te voorkomen, dienen biociden te worden gebruikt of thermische desinfectie te worden uitgevoerd.

Filtratie en zuivering

Schone koelvloeistoffen zorgen voor een betere oppervlakteafwerking en verlengen de levensduur van gereedschap. Het is raadzaam de smeermiddelen te filteren om hun levensduur te verlengen. Hiervoor worden speciale koelvloeistoffilters, bezinktanks, magneetscheiders en olieafscheiders (voor het verwijderen van ongewenste olie) gebruikt.

Beschikbaarheid

Het gebruik van koelvloeistoffen veroorzaakt milieuvervuiling; daarom moeten gebruikte of onbruikbare producten op de juiste manier worden verwerkt of afgevoerd. Afvoer mag alleen worden uitgevoerd door gespecialiseerde bedrijven en moet worden gedocumenteerd.

KAWEHA – Uw partner voor het afzuigen van koelmiddelnevels

Met meer dan 30 jaar ervaring in afzuig- en luchtfiltratietechnologie biedt KAWEHA oplossingen op maat voor het afvangen van koelvloeistofemissies. Onze olienevelafscheiders, zoals de Oilmaster OM R, behalen scheidingsrendementen tot 99,95 procent en verwerken volumestromen tot 100.000 m³/u.

Of u nu een stationair systeem voor productielijnen nodig hebt of een mobiele oplossing voor flexibele inzet, wij werken samen met u aan het juiste concept voor uw toepassing. Profiteer van onze expertise en neem contact met ons op voor een persoonlijk adviesgesprek. Ontdek meer over onze afzuigoplossingen voor olie- en emulsienevels en bescherm uw medewerkers tegen schadelijke emissies.