Самодельная система жидкостного охлаждения шпинделя

Китайские шпиндели жидкостного охлаждения предполагают пропускание жидкого теплоносителя с целью охлаждения подшипников и обмоток. Внешне такие шпиндели отличаются наличием штуцеров для подключения шлангов. Шланги должны соединять шпиндель с помпой и теплообменником.

В интернете можно найти описание самых разных систем охлаждения шпиделя. В самой простой из них в качестве теплообменника применен трубчатый радиатор от старого холодильника (такие радиаторы монтируются на тыльную сторону холодильников). Есть варианты, когда теплоноситель-вода просто подается в пластиковую емкость с открытым верхом (проще говоря таз). Открытый верх необходим для лучшей теплоотдачи т.к. пластик несколько ухудшает теплообмен воды с окружающим воздухом.

В этой статье будут предложены более серьезные варианты систем охлаждения. Изложение разбито на следующие темы:

• Применение готовой жидкостной системы для охлаждения процессоров ПК
• Система охлаждения на основе аквариумной помпы и радиатора отопителя автомобиля ВАЗ-2106
• Вода,тосол или антифриз - что применить?

Применение готовой жидкостной системы для охлаждения процессоров ПК

Самым простым решением для шпинделей мощностью до 1 кВт может быть применение готовой системы для охлаждения процессоров ПК. Следует иметь ввиду, что такая система недешевая, стоит порядка $200. Но при этом в комплекте у вас уже будут смонтированные помпа с расширительным бачком и радиатор с охлаждающим вентилятором.

А вот имеющегося в комплекте теплоносителя на основе этиленгликоля (практически антифриз) скорее всего не хватит, т.к. у системы охлаждения шпинделя объем больше. Значит антифриз придется докупить. И остается только добавить блок питания постоянного тока на 12 вольт (можно нестабилизированный). Можно использовать старый компьютерный или любой трансформаторный с подходящей мощностью.
Теперь нужно смонтировать все модули в подходящем корпусе (или самодельном, фанерном), объединить систему шлангами, заполнить ее антифризом и выгнать из нее воздух.

Обязательно надо помнить, что такая система снабжена небольшим радиатором и слабой помпой. Их мощности может не хватить для охлаждения шпинделя. При этом имеет значение степень нагрузки на шпиндель. Т.е., если шпиндель постоянно работает с большими фрезами, на больших оборотах, со съемом большого количества материала за один проход, да еще если материал заготовки - это металл, да еще и сталь. В таких случаях лучше предусмотреть систему охлаждения шпинделя помощнее (см. ниже).

Система охлаждения на основе аквариумной помпы и радиатора отопителя автомобиля ВАЗ-2106

Следующий вариант системы охлаждения требует меньших капиталовложений, но больших времезатрат на монтаж.
В качестве радиатора применен радиатор отопителя автомобиля ВАЗ-2106 (см. фото ниже). Его можно приобрести практически в любом автомагазине. К радиатору следует купить вентилятор подходящего размера на 220 вольт. Стоимость радиатора и вентилятора ориентировочно составит около $40 (~1200 руб.).

Радиатор ВАЗ-2106 с вентилятором на 220В

В качестве помпы подойдет аквариумная помпа. Такие можно приобрести в зоомагазинах. На фото ниже представлены два варианта помп. Стоимость помпы может составить $50-$100 (до 3000 руб).

На фото видно, что напряжение питания помпы 220 вольт. Поэтому следует соблюдать осторожность при монтаже, чтобы обеспечить безопасность и самого монтажа, и дальнейшей эксплуатации системы охлаждения.

Когда все основные компоненты приобретены, можно приступать к их установке в единый корпус. Корпус можно изготовить из фанеры (см. фото ниже) или приобрести подходящий готовый.
В данном решении радиатор крепится с помощью кусков оцинкованного профиля для монтажа гипсокартона. Ширина профиля как раз подходит под толщину радиатора. Помпа погружена в расширительную емкость.

Очень желательно, чтобы система охлаждения была герметичной, чтобы исключить возможность испарения антифриза. Причина этого - вредность этиленгиколя, на основе которого изготавливается антифриз.
Для решения этой проблемы проще всего поместить помпу в емкость с широким горлышком и герметично закрываемой крышкой, а радиатор с венлилятором вынести в отдельный корпус (см. фото ниже).

Помпа помещена в герметичную емкость

Система вводов в емкость

Может оказаться так, что штатные штуцеры шпинделя не подходят для имеющегося шланга. В этом случае вполне реально изготовить свои штуцеры нужного размера аналогично фото ниже. Хомуты крепления шлангов условно не показаны, но они необходимы для их надежной фиксации.

Резюме

Такая система охлаждения обкатана в реальных условиях в паре с шпинделем ЕТ80-2,2кВт от компанииЕТ. Режимы обработки при этом достаточно жесткие: максимальный диаметр фрез - 6 мм, обрабатываемый материал - высокопрочные алюминиевые сплавы, обороты - вплоть до максимальных (24000 об/мин). Максимальная температура никогда не достигала 50°С. После выполнения управляющей программы в течение 10-20 часов рукой можно ощутить тепло в зоне нижних подшипников. При этом вокруг станка температура стабилизирована около 20°С.

Вода, тосол или антифриз?

В качестве теплоносителя в системе охлаждения шпинделя дешевле всего применить воду. Это должна быть дистиллированная вода, чтобы исключить выпадение осадков в каналах системы. При этом надо иметь ввиду, что спустя некоторое время в воде развиваются микроорганизмы и на стенках системы охлаждения появляется слизь, а вода начинает вонять. Понятно, что такая слизь появляется и внутри шпинделя, из-за чего ухудшается теплоотвод. Применение бактерицидных добавок требует проверки: не появится ли от них на стенках шпинделя осадок или ржавчина. Кроме того, применение воды само по себе может вызвать коррозию внутри шпинделя.

В связи со сказанным более разумным может стать применение тосола. Это не так дорого, как применение антифриза, но и имеет свои особенности. Дело в том, что некачественный тосол оставляет белые высолы на трубопроводах, что также ухудшает теплоотвод и проходимость каналов.

Почти идеальным для системы охлаждения шпинделя является применение антифриза. В этом случае есть только два недостатка: дороговизна и вредность этиленгликоля, на основе которого делается антифриз.
Впрочем дороговизна антифриза весьма условна, т.к. антифриз приобретается один раз на весь период эксплуатации, ведь он не изнашивается.
А применение герметичной системы охлаждения обеспечивает отсутствие испарения антифриза в воздух и эти решается вопрос его вредности.