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

    S_y - площадь контакта инструмента и заготовки без пленки;

    Ту - предел текучести обрабатываемого  материала на сдвиг с учетом упрочнения;

         площадь участков, на которых произошло внедрение  в мате- риал заготовки микровыступов  и наростов, образовавшихся на поверхности инструмента;

    т_пр - удельное сопротивление «пропахивания».

    Антифрикционные и противоизносные присадки получили широкое распространение для  снижения сил трения и повышения  долговечности машин и механизмов различного назначения. Смазывающие  свойства СОЖ оцениваются по трибологическим  параметрам, характеризующим противоизносные, противозадирочные и антифрикционные свойства смазочного материала, температурную стойкость граничных смазочных слоев. Оценка производится по величине силы резания, отношению их составляющих, крутящему моменту и потребляемой мощности. При более глубоком изучении смазывающих свойств СОЖ производят измерение интенсивности износа инструмента, вырывов и выхватов на контактирующих поверхностях инструмента и заготовки, усадки стружки и т.д.

    Для улучшения смазывающих свойств  СОЖ в их состав вводятся поверхностно-активные вещества (ПАВ), увеличиващие теплоту абсорбции и прочность связей между молекулами СОЖ и металлом заготовки и инструмента. Теплота абсорбции углеводородных жидкостей на железе возрастает в следующей последовательности: керосин, масло индустриальное, масло льняное, керосин с олеиновой кислотой и др. Предельные концентрации ПАВ должны учитывать их влияние на выходные характеристики процесса резания, в том числе на микротвердость, остаточные напряжения поверхностного слоя.

    Высокая эффективность добавок ПАВ (2-5%) в состав СОЖ при резании подтверждается экспериментальными исследованиями [25, 63] и производственной практикой. По опубликованным данным, применение противозадирных и противоизносных присадок в масляных СОЖ при сверлении увеличивает в несколько раз стойкость сверел [61].

    При выборе состава СОЖ для различных  операций механической обработки необходимо учитывать максимальную температуру, при которой компоненты жидкости сохраняет свою работоспособность. В качестве примера в таблице 2.5. приведены значения критических температур для некоторых компонентов СОЖ.

Таблица 2.5

Максимальная  температура, при которой компоненты СОЖ сохраняет свою работоспособность

 

    При лезвийной обработке углеродистых и легированных сталей в зоне низких скоростей резания происходит интенсивное  наростообразова- ние. Повышение смазывающих  свойств СОЖ стабилизирует наростообра- зование, уменьшает размер нароста, прочность и силу сцепления между отдельными слоями.

    При токарной обработке эффективные  СОЖ уменьшают площадь контакта стружки с передней поверхностью резца, снижают силу трения и адгезии. Неэффективные СОЖ могут, наоборот, повышать размеры зоны трения: например, при резании свинца со скоростью 0,2 м/с эмульсия снижает длину контакта в 2 раза при толщине среза 0,03-0,05 мм и в 1,4 раза при толщине среза 0.;-0,5 мм, а четыреххлористый углерод увеличивает длину контакта до 5 раз [3].

    С ростом толщины среза и скорости резания влияние СОЖ падает. Наиболее сильно СОЖ снижает силу трения у режущей кромки резца на первой четверти длины зоны контакта стружки с передней поверхностью. С увеличением расстояния от режущей кромки смазывающее действие СОЖ уменьшается. Для снижения сил трения в зоне контакта инструмент - заготовка в состав СОЖ вводят противоизносные и противозадирные присадки (CI, F, S, Р или РЬ).

    Смазочные свойства СОЖ улучшаются после введения в их состав солей и эфиров высших непредельных кислот талого масла (олеиновой, линолевой, липолеиновой) и триэтаноламина. Эксперименты показали, что после добавления в нитритно-содовый раствор олеата триэтаноламина при точении стали Х18Н9Т резцами из быстрорежущей стали Р6М5 со скоростью 6 м/мин при подаче S=0,07 мм/об и глубине резания 0,4 мм стойкость инструмента возросла с 29 до 43 минут. Смесь эфиров высших непредельных кислот талового масла выпускается под торговой маркой «Эмультал».

    Использование масляных СОЖ с противоизносными, антифрикционными и противозадирными присадками при нарезании резьбы, протягивании, зубообработке, при напряженных условиях шлифования (глубинном и профильном шлифовании), резьбошлифовании позволяет сократить машинное время операции, увеличить стойкость инструмента.

    Противоизносные присадки снижают окислительный износ, связанный с активацией окислительных процессов в поверхностных слоях рабочих поверхностей инструмента при повышенной температуре в зоне резания, действии циклических нагрузок и наличии кислорода в СОЖ и окружающей среде.

    Представляют  интерес результаты испытаний СОЖ Э2 и ОМЭА на металлорежущих станках. Их охлаждающая способность практически одинакова. Однако СОЖ ОМЭА обладает лучшей смазочной способностью по сравнению с СОЖ Э2. Это обеспечивает более сильное снижение равнодействующей сил резания R, усадки стружки £, коэффициента трения ^'и меньшее изменение микротвердости прирезцовой стороны стружки Н_г (таблица 2.6).

Таблица 2.6

Влияние СОЖ и условий резания на температуру  резания, равнодействующую сил резания R, усадку стружки коэффициент трения и микротвердость прнрезцовой стороны стружки Н₂ [70]

 

Примечание: Результаты получены при оптимальных  температурах контакта. Резец из сплава ВК8, t - 0,50 мм, s ■ 0,09 мм/об.

    При работе на скоростях резания ниже оптимальных СОЖ повышает, а не понижает интенсивность износа резца, что связано со снижением

температуры резания и отдалением ее от оптимальной  9q . При работе на повышенных скоростях резания СОЖ снижает температуру резания, приближая ее к оптимальной, и уменьшает интенсивность износа (рис. 2.6.).

    Влияние среды на интенсивность износа инструмента  зависит не только от скорости резания, но и температуры в зоне контакта инструмент-заготовка, что необходимо учитывать при назначении режимов резания. 
 

Рис. 2.6. Влияние скорости резания и применяемой СОЖ на интенсивность износа резца и температуру резания (резец из сплава ВК8, обрабатываемый материал: сплав ХН51ВМТКЖФР; режим резания t=0,50 мм, s=0,09 мм/об): о - всухую; □ - СОЖ; А - СОЖ ОМЭА

    

    

21

    

а

    

н

    

10 20 JO V,M/mu*

    

ю

    

О

    Использование СОЖ, содержащих соединения типа M0S2, CF или политетрафторэтилен, позволяет эффективно снизить износ инструмента и значительно улучшить качество обрабатываемой поверхности. При резании металла, с использованием таких составов, на поверхности инструмента образуется и непрерывно возобновляется твердая полимерная пленка, обладающая антифрикционными и противоизносными свойствами [3].

    Смазочные свойства СОЖ оказывают значительное влияние на скорость износа режущего инструмента. Как показывают экспериментальные исследования [70], интенсивность износа инструмента минимальна при оптимальной скорости резания, величина которой зависит от температуры в зоне резания. При работе «всухую» ( без применения СОЖ) целесообразно применять менее интенсивные режимы резания, чем с применением

СОЖ. 

    При шлифовании повышение противозадирных  и противоизносных свойств СОЖ  позволяет повысить стойкость кругов, избежать налипов, сократить цикл обработки  путем увеличения безожоговой подачи, устраняет надиры на базовых поверхностях при шлифовании на жестких опорах.

    Для улучшения смазывающих свойств  масел при шлифовании профилей зубьев и пазов в них вводят мыла жирных кислот. При резьбошли- фовании инструментальных и конструкционных сталей, при шлифовании жаропрочных сталей и сплавов для улучшения смазывающих свойств масел применяют присадки, содержащие активные галоиды и серу.

    Следует отметить, что разработку и внедрение  эффективных СОЖ сдерживает отставание России от США и промышленно-развитых стран Западной Европы в изготовлении современных присадок: противоизносных, противозадирных, моющих и т.д. В ряде случаев эффективные присадки к СОЖ заводы не могут использовать из-за их высокой стоимости.

    Добавление  противоизносных присадок в СОЖ  уменьшает износ шлифовальных кругов, снижает криволинейность образующей поверхности круга, способствующей образованию волнистости на шлифованной поверхности, повышает точность обработки.

    2.3.2. Смачивающие свойства  СОЖ

    При выборе состава СОЖ следует учитывать, что жидкость должна хорошо смачивать  режущий и инструментальный материалы, обладать хорошим проникающим действием. Смачивание жидкостью поверхности детали и инструмента является необходимой предпосылкой для оказания смазывающего, моющего, охлаждающего, диспергирующего действия СОЖ. Плохое смачивание нивелирует влияние СОЖ на процесс резания.

    Степень смачивания жидкостью поверхности  твердого тела зависит от поверхностного натяжения а_тж жидкости на границе раздела фаз

твердое тело - жидкость и от краевого угла смачивания в_с:

Cos6_c - ^{<Ут г} ~^атж. ^ _(2|)

^аж.г.

где а_т.г. - поверхностные натяжения на границе раздела фаз твердое тело-газ;

    а_жт. - поверхностные натяжения на границе раздела фаз жидкость-

газ.

    Если  краевой угол больше 90°, то считается, что жидкость не смачивает твердое тело, и ее капля не будет проникать в капилляры.

    Между работой адгезии, поверхностным  натяжением на границе

раздела фаз о&ж.г. и углом смачивания существует связь: