Как приготовить эмульсию для станка?

Любой режущий инструмент нужно охлаждать. Для этого используют смазочно-охлаждающие эмульсии. Но поскольку основные их компоненты — масло с водой — не смешиваются, приходится создавать специальные устройства: аппараты с мешалками, различные эмульсификаторы, применять продувку газом. Однако все эти методы и дороги, и трудоемки. В. Юдаев, сотрудник кафедры физики Московского института химического машиностроения, предложил использовать для этой цели гидросирену.

У колыбели этого новшества стоял случай. Несколько лет назад, просматривая в библиотеке книги по специальности, В. Юдаев, тогда аспирант кафедры физики Московского института химического машиностроения (МИХМ), увидел работу Жуковского о гидравлическом ударе.

Гидравлический удар в его, так сказать, физической сути — это импульс акустического давления, который возникает из-за неравномерного течения жидкости. Разработанная Жуковским теория гидравлического удара подсказала идею: если импульсы будут следовать один за другим, возникнут акустические колебания. На этом принципе основана гидродинамическая сирена, способная измельчить, разрушить вещество. Она напоминает воздушную сирену, памятную нам по годам войны. Их устройство в принципе одинаково, только в одном случае импульсы возникают в воздушной среде, в другом — в жидкой. Впервые гидродинамическая сирена была применена на Златоустовском машиностроительном заводе для получения тонких смазочно-охлаждающих жидкостей.

Кому не известно, что любой режущий инструмент — будь то резец, фреза, сверло — нужно охлаждать и смазывать. Иначе они работать не могут. Смазывают инструменты маслом, охлаждают водой, причем одновременно. Но попробуйте перемешать масло с водой так, чтобы его частички были не более микрона величиной! Ничего не получится... На заводах, чтобы подготовить эмульсию, добавляют мыло, соду. Хотя взбивание такого рода коктейля и дорого, и трудоемко, но других способов перемешать масло с водой в промышленности просто нет. А вот гидросирена позволяет получать дешевые и высококачественные эмульсии.

Конструкция аппарата Юдаева довольно проста: ротор и статор. В ротор поступает вода, масло, сода, мыло — все, что необходимо для приготовления эмульсии. Ротор вращается (привод от обычного электромотора), и все его содержание тоже. В стенках и ротора, и статора на одном уровне проделаны отверстия диаметром в несколько миллиметров. Когда ротор вращается, а расстояние между стенками ротора и статора не превышает 100 мкм, жидкость проскакивает через отверстия в камеру, которая находится за статором. Ротор как бы выстреливает жидкостью через амбразуру статора. Его «пули» напоминают по величине капли осеннего моросящего дождя. Через каждое отверстие статора в камеру выбрасывается до семи тысяч капелек в секунду. В результате и в роторе, и в камере давление все время изменяется. Постоянно возникающий гидравлический удар создает импульсы акустического давления, которые следуют один за другим. Это и есть гидроакустическая сирена. Мощность ее удара так велика, что жидкость буквально вскипает в вихре вращения. Масло дробится, перемешивается с водой, и в итоге получается эмульсия с частичками порядка микрона. Вот и все.

На снимке: гидравлическая сирена В. Юдаева
Фото Е. Рогова

Почему-то, когда Юдаев рассказывал об аппарате, сложилось впечатление, что это нечто массивное, закрытое толстым металлическим кожухом... Наверное, виной тому само название — гидравлическая сирена. Представлялось, что ее силе и мощи нужен конструкторский размах. На самом же деле аппарат миниатюрен: ширина его около 30 см, а высота — всего 5. Его можно унести в портфеле (конечно, без электромотора), однако, несмотря на игрушечные габариты, он выдает в час три кубометра первоклассных эмульсий.

Аппарат работает на одном крупном машиностроительном заводе. Сирену там включают всего на 3 ч, но цеху хватает эмульсии на всю смену. Кстати, управляет сиреной подсобный рабочий, который убирает стружку. На заводе подсчитали, что время работы резцов и фрез увеличилось на 30%. Они стали меньше изнашиваться, и цех сократил их потребление на 10%. Отличное качество эмульсии влияет и на качество поверхностей: чистота обработки повысилась на два класса.

Очевидно, сирена найдет применение во многих отраслях промышленности. Для производства электронной трубки, например, и для смазки узлов трения при сверхнизких температурах требуется хорошо измельченный графит. Сейчас его размельчают на шаровых мельницах. Лабораторные исследования в МИХМе показали: графит после обработки гидравлической сиреной содержит минимальное количество частиц металла.

На Златоустовском часовом заводе сирена растворяет в масле серу — вещество, как известно, малорастворимое. Если раньше серу растворяли в течение 5 ч при высоких температурах, то теперь сирена справляется с этой задачей менее чем за час.

Наверняка найдет сирена применение и в автомобильной промышленности — для производства резиновых изделий здесь используется раствор каолина очень высокого качества. Сделать его можно с помощью гидросирены.

Ю. Дризе, инженер
«Техника и наука» №8 1976 г.