Исследование влияния сож iia процесс взаимодействия инструмента ii заготовки при обработке металлов резанием

    Массовый  характер использования СОЖ в  машиностроении, в частности, в металлообработке, обуславливает необходимость системной классификации. В таблице 1.1 приведена одна из широко распространенных классификаций СОТС (в источнике СОЖ) [3].

Таблица 1.1

Классификация СОТС

В промышленных масштабах в настоящее время  с учетом рыночно

го спроса, в основном, используются масляные, эмульсионные, синтетические и полусинтетические СОЖ, а также смазки и пасты [18-27). Газы и газообразные вещества, твердые вещества и пластичные смазки применяются сравнительно редко.

    На  выбор состава СОЖ для различных  операций механической обработки оказывают влияние материалы инструмента и заготовки, режимы резания и, как следствие, температура и давление в зонах их контакта.

    При черновой и иолучистовой обработке  металлов резанием, когда необходимо обеспечить сильное охлаждающее  действие среды, широко применяют водные эмульсии. Расход СОЖ, используемой в процессе резания, зависит от технологического метода обработки, размеров заготовки, станка, обрабатываемого материала и режимов резания. Как правило, он находится в пределах от 5 до 150 л/мин. Обильную подачу жидкости используют при работе инструментов, армированных пластинками твердого сплава, что способствует их равномерному охлаждению и предохраняет от растрескивания.

    При чистовой обработке, когда требуется  получить высокое качество обработанной поверхности, используются масляные СОЖ, обладающие более высокой смазочной способностью, чем водные. Следует отметить, что их стоимость выше, чем водных СОЖ, а санитарно- гигиенические условия труда рабочих при использовании масляных СОЖ хуже.

    Для обеспечения противоизносного и противозадирного действия в СОЖ добавляют химически активные вещества: фосфор, серу, хлор. Под влиянием высоких температур и давлений эти вещества образуют с материалом контактирующих поверхностей соединения (фосфиды, хлориды, сульфиды), снижающие силы трения.

    Пластичные  смазки на основе минеральных, растительных или синтетических масел и загустителей применяются при сверлении, резьбона- резании, развертывании легированных, коррозионно-стойких сталей, трудно обрабатываемых материалов. Их наносят на инструмент кистью. При обработке заготовок из хрупких материалов (чугунов, бронз), когда образуется элементная стружка, в качестве охлаждающей среды в ряде случаев используют сжатый воздух или углекислоту.

    Особое  место в физико-химических явлениях, сопровождающих резание металла в водородсодержащих средах, занимает процесс переноса водорода в поверхностные слои обрабатываемого материала и стружки, что может привести к охрупчиванию обрабатываемого металла [3].

    Водород в зоне резания может образоваться в атомарной форме вследствие электро- и химико-термического разложений СОЖ. Такой водород по микродефектам материала диффундирует в поверхностный слой. При этом металлические связи заменяются слабыми водородными, материал охрупчивается, что приводит к снижению сил резания. Влияние водорода, образующегося из воды, смазок и пластмасс, на тончайшие поверхностные слои металла впервые открыли и исследовали российские трибологи Д.Н. Гаркунов и А.А. Поляков. Этот процесс в узлах трения они назвали как водородное изнашивание [69].

    В различных отраслях машиностроения, в том числе и в автомобильной промышленности, возникают задачи изготовления широкой номенклатуры деталей небольших партий с минимальными материальными затратами. Среди характерных требований заказчиков к технологам и проектировщикам металлорежущего оборудования имеют место весьма специфические, к которым можно отнести:

• возможность снятия больших припусков с обильной подачей СОЖ;
• исключение из технологического процесса операций большой длительности за счет интенсификации режимов резания;
• применение прогрессивного, часто весьма дорогостоящего, инструментального обеспечения под конкретную задачу;
• сокращение подготовительно-заключительного времени;
• использование систем ЧПУ с современным программно- математическим обеспечением.

    Современные металлорежущие станки оснащаются устройствами, обеспечивающими герметизацию рабочей  зоны. При скоростном резании, которое  характеризуется многократным увеличением  объема снимаемой стружки, не удается обеспечить освобождение зоны резания от шлама и стружки только за счет СОЖ. Совершенствование конструкции металлорежущих станков осуществляется за счет встраивания устройств дробления стружки, ее эвакуации и фильтрации СОЖ.

    Новым направлением является "сухая обработка" в среде азота, вырабатываемого газогенератором, что снижает потребление энергии, необходимой для резания, на 50% [1].

    В последние годы, в основном на международных  выставках, стала появляться информация об осуществлении процесса резания без применения или с ограниченным применением СОЖ (^нсухая обработка") [1]. Большинство проблем на станках, сопряженных с "сухой обработкой", решается следующим образом:

• обеспечивается быстрый отвод теплоты, возникающей в процессе резания;
• применяются специальные лотки для предотвращения нагрева узлов станка горячей стружкой;
• предусматриваются специальные устройства, обеспечивающие удаление стружечной пыли.

    Для реализации этих мероприятий используют определенные принципы конструирования станков. В таблице 1.2 приведены режимы резания на некоторых операциях обработки различных сталей, рекомендуемые фирмой Shinko kobelko Tool.

Таблица 1.2

Режимы  резания на некоторых операциях  обработки различных сталей, рекомендуемые  фирмой Shinko kobelko Tool [11]

    Уже на стадии проработки компоновки обеспечивают наилучшие условия для беспрепятственного удаления стружки. Базовым деталям  придают термосимметричную форму; применяют материалы с малой  теплопроводностью и т.д.

    1.2, Выбор СОЖ по  заданным технологическим,  экономическим и эксплуатационным критериям

    Выбор СОЖ при разработке технологии обработки  заготовок из различных материалов осуществляется исходя из конечной цели обработки, которую необходимо обеспечить по заданным технологическим, экономическим и эксплуатационным критериям.

    К технологическим параметрам относятся:

• достижение требуемой точности обработки, которая обеспечивается снижением сил резания и трения в зонах контакта заготовки и инструмента, лучшим размещением стружки в канавках многозубых инструментов и лучшим удалением из зоны резания стружки и абразивных частиц, что способствует уменьшению деформации заготовки и инструмента;
• обеспечение заданного качества обработанной поверхности: уменьшение ее шероховатости, глубины и интенсивности наклепа;
• снижение интенсивности размерного износа инструмента.

    К экономическим критериям относятся: увеличение стойкости инструмента и сокращение его расхода вследствие уменьшения интенсивности изнашивания; повышение производительности труда на операции в результате увеличения предельно допустимой подачи и скорости резания.

    Выбор состава СОЖ зависит от обрабатываемого  материала, выполняемой операции, требований, предъявляемых к качеству обработанной поверхности (шероховатость, микротвердость и др.), материала, гео- метрин режущего инструмента, режимов обработки и связанной с ними температуры в зоне резания. Результаты экспериментальных испытаний СОЖ на металлорежущих станках рассматриваются во многих работах российских и зарубежных исследователей [7, 8, 18, 21, 22, 25, 34, 56 и др.].

    Водные  СОЖ обладают лучшими охлаждающими и санитарно-

#

гигиеническими  свойствами. Они хорошо зарекомендовали  себя при 66- работке заготовок на высоких скоростях резания, когда  температура в зоне резания близка к температуре теплостойкости режущего инструмента.