Metalworking Fluids (MWF): Overcoming Stability Issues

Metalworking fluids (MWFs) are a family of industrial liquids used to reduce the temperature of and/or lubricate metal workpieces while they are being machined. Cutting and grinding processes can generate significant amounts of heat and friction, which can cause undesirable thermomechanical side-effects: burning, deformation, smoking, surface roughness, thermal warping, etc. If a workpiece burns it may be unfit for downstream application, while off-gases and smoke represent a respiratory health risk for personnel. The thermomechanical drawbacks of conventional metalworking can represent logistical health and safety issues if not addressed.

Analiza Wielkości Cząstek - Przegląd produktu

Microtrac offers products for all particle size analysis technologies.

Przegląd produktu Skontaktuj się z nami!

Formulating Different Types of Metalworking Fluids (MWFs)

MWFs are complex formulations containing mineral (petroleum) or organic oils and a range of additives and stabilizers, which may be emulsified in as much as 50% water. The three main classes of MWFs are:

Straight oils: Also known as neat oils, comprising either petroleum, animal, marine, or vegetable oils and are formulated without water dilution.
Soluble oils: 30-85% severely refined – or hydrotreated – petroleum oils, with emulsifiers and water dilution.
Semisynthetic MWFs: 5-30% petroleum oils in a 30-50% water dilution.

The compositions of different MWF classes are nominal, and many different components may be introduced during formulation to improve the functionality and stability of the product. These include, but are not limited to anti-mist agents, antifoams, biocides, corrosion inhibitors, dispersants, stabilizers, etc. As many as 20 different ingredients may be required to achieve the desired end-use properties of the MWF, such as optimal lubricity. In many cases, multiple different additives from the same category may be required. This can create a plethora of compatibility problems between the base fluids and the additives, or between the additives themselves.

Issues with Metalworking Fluid Stability

Conventionally, emulsified MWFs are prepared by mixing different compositions and individually assessing the effects of various additives. While this method is useful in determining the impact of individual ingredients on functionality and stability, it is time-consuming and costly. It also fails to offer true quantitative insights into multiple-factor interactions between distinct ingredients or phases in the MWF under storage or use conditions.

Chemical and physical instability issues in MWFs can reduce performance and detrimentally affect product quality, and a myriad of destabilizing phenomena may affect them: blooming, coalescence of oil droplets, emulsion breaking, foaming, phase separation, etc. Although emulsion composition and component affinity are the underlying factors of destabilization, the external force also plays a crucial role in the colloidal breakdown. The force of pumping can accelerate instability mechanics, which means products will destabilize quickly in real-world use conditions. This property directly correlates to MWF efficiency.

Typically, metalworking fluids would be tested for chemical or physical instability by leaving a sample on a test bench for an extended period (days, weeks, months) and examining it for physicochemical changes. Testing for instability in actual use conditions is more challenging. Centrifugation and general agitation have been used in the past to predict mechanically driven instability, such as destabilization pumping conditions. Alternative methods of instability testing have been developed to test for at-rest stability and meet the demands of MWF development and quality control.

Overcoming Metalworking Fluid Instability

Obecne technologie stosowane do testowania jakości MWF (NMR) opierają się na pomiarze rozkładu wielkości kropli, ale mogą być kosztowne, nie dostarczają bezpośrednich informacji o starzeniu i mogą być ograniczone zakresem wielkości kropli. Osiągnięcie prawdziwej miary stabilności wymaga rozwiązania analitycznego, które oferuje bezpośredni pomiar zachodzących zjawisk i nie opiera się na mechanicznym mieszaniu. Technologia Turbiscan jest ogromnym krokiem naprzód w bezpośrednim pomiarze stabilności i pozwala nam odejść od metod testowych, takich jak miareczkowanie soli lub przewodnictwo jonowe. Jest to referencyjny analizator stabilności, cieszący się zaufaniem na całym świecie, służący do określania stabilności emulsji i dyspersji na najwcześniejszym możliwym etapie, z dostępnym szerokim zakresem wielkości kropli. Ta technologia oparta na SMLS monitoruje wszystkie zjawiska niestabilności w czasie, zapewniając średnią wielkość kropli i globalne rankingi stabilności za pomocą bezpośredniej metody pomiaru, i już okazała się przydatnym rozwiązaniem do testowania stabilności płynów do obróbki metali i analizy wydajności.

Analizatory Turbiscan do testowania MWF

Microtrac dostarcza szeroką gamę analizatorów TURBISCAN do analizy stabilności stężonych dyspersji, w tym emulsji olejowo-wodnych dla MWF. Analizatory te pomagają w optymalizacji nowych formuł produktów i ocenie wpływu dodatków na stabilność fizyczną emulsji, zapewniając tym samym formulatorom opłacalne narzędzie badawczo-rozwojowe do produktywnego i wrażliwego zwiększania wydajności płynów do obróbki metali. Rezultat: bezpieczniejsze i wydajniejsze produkty, które poprawiają wydajność obróbki metali, bezpieczeństwo pracowników i zrównoważony rozwój. Jeśli potrzebujesz więcej informacji na temat przeprowadzania testów stabilności MWF za pomocą produktów Turbiscan, po prostu skontaktuj się z członkiem zespołu już dziś.

Zakres produktów "Statyczne wielokrotne rozpraszanie światła (SMLS)"

Referencje

Design of Experiment Reduces Development Time for High-Performing Metal-Cutting Fluids

Skontaktuj się z nami w celu uzyskania bezpłatnej konsultacji

Ostatecznie wybór, czy użyć prostego rozwiązania przesiewania, czy też zainwestować w dyfrakcję laserową lub dynamiczną analizę obrazu, będzie zależał od ilości badań, dostępnego budżetu i personelu oraz wszelkich szczególnych norm międzynarodowych lub wymagań klienta, z którymi się Państwo stykają. Zachęcamy do kontaktu z Microtrac w celu bezpłatnej konsultacji, która pozwoli ustalić, jakie rozwiązanie zapewni optymalny wynik i zwrot z inwestycji.

Skontaktuj się z nami!