Työstökoneet

Konepajoille kehitetään uuden ajan työstönesteitä

Kuva: Pixabay

Metalliteollisuudessa käytetään usein työstönesteitä, koska ne helpottavat erilaisten kappaleiden sorvaamista, poraamista ja märkähiontaa. Nesteet jäähdyttävät ja voitelevat leikkuuteriä sekä auttavat työstöprosessia kuljettamalla metallihiukkasia pois työstökohdasta. Viime aikojen tuotekehityksellä on saatu aikaan entistä parempia ja tehokkaampia leikkuunesteitä, jotka samalla ovat aiempaa turvallisempia sekä ihmisille että ympäristölle.

Yleensä työstönesteet jakautuvat koostumukseltaan kolmeen pääryhmään: mineraaliöljypohjaisiin, puolisynteettisiin ja synteettisiin nesteisiin.

Konepajoilla on käytetty paljon esimerkiksi emulsiopohjaisia, 2–10 -prosenttiseksi liuokseksi vedellä laimennettuja työstönesteitä. Vesi toimii nesteissä liuottimena ja jäähdyttäjänä.

Puoli- eli semisynteettiset leikkuunesteet sisältävät noin 5–30 prosenttia vahvasti puhdistettua raakaöljyä sekä vettä ja lisäaineita. Puolisynteettinenkin leikkuuneste on rakenteeltaan emulsio, mutta sen mineraaliöljypitoisuus on pienempi ja emulgaattoripitoisuus yleensä suurempi kuin tavallisissa emulsioissa.

Täyssynteettiset työstönesteet muodostuvat vedestä ja voitelevista kemikaaleista – usein synteettisistä estereistä ja glykolipolymeereistä – eivätkä sisällä öljyä.

Ominaisuuksia optimoidaan

Erilaisilla työstönesteiden lisäaineilla parannetaan nesteiden ominaisuuksia työstötilanteissa. Parannusta haetaan usein muun muassa nesteiden lämmön- ja paineensietokykyyn – jotta voidaan ehkäistä terien liiallista kulumista –, työstönesteen viskositeetti-indeksiin sekä mikrobikasvun ja työstönesteen vaahdonmuodostuksen estämiseen.

Vaahtoamista pyritään minimoimaan, koska vaahto huonontaa nesteiden voiteluominaisuuksia.

Työstönesteitä käytettäessä on huolehdittava, ettei niistä aiheudu terveys- ja ympäristöhaittoja. Suojaamaton ihokontakti voi tyypillisesti aiheuttaa ainakin iho-oireita ja allergiaa.

Vääränlaiset nesteet saattavat myös tarpeettomasti kuluttaa tai muulla tavoin haitata työkoneita. Lisäksi ne voivat viemäriin päätyessään aiheuttaa ongelmia jätevedenpuhdistamojen toiminnalle.

”Leikkuunesteiden käyttöikä on nyttemmin pidentynyt, joten nesteitä ei enää tarvitse vaihtaa niin usein kuin aiemmin”, Teknoma Oy:n Jukka Kuusela toteaa.
Kuva: Teknoma Oy

Homeita ja bakteereita poistetaan turvallisesti

Työstönesteitä koskeva lainsäädäntö on vuosien mittaan kiristynyt muun muassa EU-säädösten myötä.

”Yritysten toimintaan on tullut uusia rajoituksia”, sanoo Teknoma Oy:n myyntijohtaja Jukka Kuusela.

”Nykyisin tuotteita pyritään saamaan käyttäjien ja ympäristön kannalta yhä turvallisemmiksi. Esimerkiksi formaldehydin ja myös boorin käytöstä työstönesteissä on jo luovuttu.”

Myös erilaisten säilöntäaineiden käyttöä on karsittu. Muun muassa biosideja, jotka hidastavat bakteerien ja homesienten kasvua, on pyritty poistamaan nesteistä ja korvaamaan toisenlaisilla teknisillä ratkaisuilla.

”Nesteiden säilyvyyttä voidaan hallita ilman kemikaaleja: UV-säteilyllä tai tietynlaisella valosäteilyllä pyritään nykyään estämään bakteeri- ja muita kasvustoja. Muun muassa nestevalmistaja Quaker Houghton ja Wallenius Water kehittävät yhdessä tällaista teknologiaa”, mainitsee Kuusela.

”Veteen liukenevissa emulsioissa on vaikeaa saada UV-valoa läpäisemään nestettä, mutta tällaisia laitteistoja käytetään jo yleisesti Ruotsissa, ja myös Suomessa on muutamia käyttäjiä. Asiakkaatkin haluavat käyttöönsä yhä parempia tuotteita, joista ei ole terveydellistä vaaraa käyttäjille.”

”Vaikka työstönesteistä on siis tullut turvallisempia, ne toimivat vähintään yhtä hyvin tai paremmin kuin aiemmat vastaavat tuotteet”, Kuusela vakuuttaa.

”Muun muassa Fluidworker 100 -tyypin UV-laite on suunniteltu hallitsemaan ja vähentämään bakteerikasvustoa leikkuunesteessä.
Kuva: Teknoma Oy

Nesteille halutaan lisää käyttöikää

Työstönesteiden kehitys vie Kuuselan mukaan kohti synteettisiä aineita. Esimerkiksi polymeeriteknologiaa pyritään hyödyntämään.

”Nyt on muun muassa saatu aikaan täysin kirkas leikkuuneste, joka on myös turvallinen.”

”Kehitystä on tapahtunut myös siinä, millä tavoin leikkuuneste helpottaa työstöä. Esteriteknologian avulla työstöön saadaan tehokkuutta ja voitelevuutta. Polymeeriteknologialla voidaan nykyään optimoida pesevyyttä ja voitelevuutta”, Kuusela kertoo.

Kun UV-teknologiaa sovelletaan ehkäisemään työstönesteiden mikrobikasvustoa, nesteetkin on saatava kehitettyä UV-yhteensopiviksi. Konepajoilla tarvitaan tulevaisuudessa siis uusia leikkuunestetyyppejä ja uusia laiteinvestointeja.

”Ruotsissa asiakkaat ovat olleet UV-tekniikkaan tyytyväisiä. Sen avulla on päästy eroon home- ja bakteeriongelmista ilman biosidityyppisiä lisäaineita.”

”Myös leikkuunesteiden käyttöikä on nyttemmin pidentynyt. Nesteitä ei enää tarvitse vaihtaa niin usein kuin aiemmin”, Kuusela kehuu uudistuksia.

Työstettävät materiaalit voivat monilla konepajoilla olla moninaisia ja ominaisuuksiltaan hyvinkin erilaisia. Silloin tyypillisesti käytetään yleisnesteitä ja säädetään nestepitoisuuksia metallien mukaisiksi.

”Konepajojen omavalvonnassa voisi ehkä olla vielä kehittämistä. Nesteitä olisi osattava käyttää oikealla tavalla ja osattava määrittää niille oikeat käyttöpitoisuudet.”

”Jos kuitenkin tehdään esimerkiksi pelkästään alumiinityöstöä, pajalla voidaan käyttää juuri sitä varten kehitettyä leikkuunestettä. Markkinoilla on monenlaisia erikoistuotteita”, Kuusela suosittelee.

Täyssynteettinen kirkas työstöneste

Myös Solmaster Oy:n tuotekehitysvastaava Ville Holopainen kertoo konepajojen nykyään vaativan käyttöönsä aiempaa turvallisempia työstönesteitä, joista ei aiheudu esimerkiksi hengitystie- tai iho-oireita pajan henkilökunnalle.

”Työstönesteitä on pyritty kehittämään sellaisiksi, että niissä ei tarvitsisi käyttää biosidejä homeiden, hiivojen ja bakteerien torjuntaan. Nesteistä ei enää pitäisi haihtua formaldehydejä ilmaan”, hän sanoo.

Holopaisen mukaan nykyään pyritään koko ajan vähentämään biosidien käyttöä työstönesteissä.

”Konepajoilla on huomattu, että työstönesteiden puhtaudesta on pidettävä huolta. Epäpuhtaudet pilaavat työstönesteiden emulsion, jolloin voi syntyä mikrobikasvustoja. Ne taas heikentävät nesteen ominaisuuksia, joten työstöneste joudutaan vaihtamaan.”

Solmaster Oy:n tuotekehitysvastaava Ville Holopainen sanoo, että konepajoilla on huomattu, että työstönesteiden puhtaudesta on pidettävä huolta. Epäpuhtaudet pilaavat työstönesteiden emulsion, jolloin voi syntyä mikrobikasvustoja. Ne taas heikentävät nesteen ominaisuuksia, joten työstöneste joudutaan vaihtamaan.
Kuva: Solmaster Oy

”Kuitenkin kasvustoa voidaan ehkäistä käyttämällä suodattimia ja keräämällä johdeöljyt pinnoilta. Tällä tavoin konepajoilla voidaan saada säästöä sekä käyttö- että huoltokustannuksissa.”

Nykyisin pyritään kehittämään työstönesteitä, jotka ovat kirkkaita vesiliuoksia.

”Tällainen täyssynteettinenkin työstöneste, joka pysyy kirkkaana, on kohta tulossa markkinoille. Siinä on vesiliukoisia komponentteja, jolloin nesteen öljynerotuskyky on paras mahdollinen.”

Solmasterilla täyssynteettisen työstönesteen kehitystyö alkoi noin vuosi sitten

”Uutuustuote on juuri menossa testeihin, joissa varmistetaan sen voitelu-, korroosio- ja säilyvyysominaisuudet. Ohjelmassa on myös 3–6 kuukauden käyttötestejä konepajan todellisessa käyttöympäristössä”, Holopainen täsmentää.

”Tästä tulee hyvä vaihtoehto perinteisille mineraaliöljypohjaisille ja semisynteettisille nesteille. Tosin synteettisen työstönesteen raaka-ainehinnat ovat korkeampia.”

Kovat metallit vaativat voitelua

Pajoilla käytetään myös korkeapainejäähdytysnesteitä. Niitä syötetään terän läpi, jolloin terä jäähtyy tehokkaammin.

”Sellaisia nesteitä käytetään työstettäessä kovia metalleja, jolloin teriltä vaaditaan myös parempaa paineenkestävyyttä”, toteaa Holopainen.

”Kun konepajoilla uusitaan konekantaa, tarvitaan myös uudentyyppisiä työstönesteitä, jotka vaahtoavat vähemmän ja kestävät painetta entistä enemmän. Suomessa vedenlaatu on melko pehmeä, jolloin vaahtoa muodostuu helposti.”

”Työstönesteeseen voidaan lisätä pieniä määriä vaahdonestoaineita. Muutenkin työstönesteen oikeilla komponenttivalinnoilla on mahdollista ehkäistä vaahtoamista.”

Kun pajalla työstetään monentyyppisiä metalleja, tarvitaan monimetallisuoja-aineita.

”Solmaster Oy:llä onkin ajatuksena, että samaa työstönestettä voidaan käyttää eri metalleille, kunhan annostelu tehdään metalliseoksen mukaisesti. Kovien metallien tapauksessa on siis lisättävä voitelua”, Holopainen korostaa.

Teksti: Ari Mononen