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

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Ноября 2011 в 12:52, диссертация

Описание работы

В первой главе рассмотрены различные смазочно-охлаждающие технологические средства, используемые при обработке металлов резанием, указаны области применения различных марок СОЖ на водной и масляной основе, составлено уравнение теплового баланса в процессе резания. Обзор показывает, что опубликовано большое количество работ, посвященных исследованию и внедрению серийно выпускаемых марок СОЖ на определенных операциях механической обработки. Эффективно ли применение этих составов на других операциях обработки металлов резанием, при использовании других инструментальных или обрабатываемых материалов, прогнозировать трудно, так как не предложены научно обоснованные универсальные критерии, позволяющие прогнозировать эффективность СОЖ. На основании выполненного обзора формулируются цель и задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены теоретические основы повышения эффективности процесса резания за счет применения оптимальных составов СОЖ. Предложено уравнение, устанавливающее связь между заданной стойкостью режущего инструмента Ти, допустимым износом h и шероховатостью контактирующих поверхностей С = /(Л2,,Л22). Отмечается целесообразность подбора компонентов по их функциональным свойствам, что позволит привлечь к разработке СОЖ больший контингент специалистов, занимающихся синтезом новых присадок для автомобильных, авиационных масел, для гидравлических жидкостей. СОЖ с хорошими режущими свойствами (эффект Ребицдера) обеспечивает уменьшение прочности тончайших поверхностных слоев обрабатываемого металла, сопротивление сдвигу и уменьшение силы резания.
В третьей главе предложена методология подбора и разработки новых составов СОЖ. Приведены результаты количественной оценки на модельных установках (по ГОСТ 9490-75*) смазочных свойств СОЖ и некоторых присадок, отобранных для использования в новых составах СОЖ. Понижение температуры на площадке контакта стружки и плоской поверхности резца рекомендуется рассчитать по формуле Релся, а конвективный теплообмен между поверхностью инструмента и СОЖ - по числу Нуссельта.
В четвертой главе описываются методы экспериментального исследования СОЖ на металлорежущих станках, которые проводились с использованием методики полного факторного эксперимента. Для дифференцированной оценки режущих и смазочных свойств СОЖ в МГИУ был разработан и изготовлен стенд, позволяющий проводить эксперименты, используя меньше одного литра СОЖ. Для перевода эмульсии в мстаста- бильное состояние и повышения ее стабильности разработана конструкция механического активатора.

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ СОЖ 9
1. Смазочноохлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием 9
2. Выбор СОЖ по заданным технологическим, экономическим и эксплуатационным критериям 15
3. Тепловой баланс процесса резания 23
4. Методы подачи СОЖ в зону резания 25
5. Истощение водных эмульсий в процессе эксплуатации 26
6. Улучшение санитарно-гигиенических условий обработки за счет применения эффективных СОЖ 27
7. Цель и задачи исследования 27
8. Выводы 28
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ СОЖ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ 30
1. Теоретические основы повышения эффективности процесса резания за счет применения оптимальных составов сож 30
2. Расчет стойкости режущего инструмента, исходя из трибологических условий контакта системы 36
3. Влияние функциональных свойств СОЖ н0а процесс резания 42
4. Выводы 63
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА СОЖ 64
1. Методология подбора и разработки новых составов СОЖ 64
2. Исследование смазочной способности СОЖ на модельных установках 71
3. Расчет охлаждающей способности СОЖ 77
4. Выводы 82
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЖ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ 84
1. Методика экспериментального исследования эффективности СОЖ на металлорежущих станках 84
2. Использование методики полнофакторного эксперимента при проведен™ исследования влияния СОЖ на процесс резания 85
2. Экспериментальные исследования влияния СОЖ и обрабатываемого материала на процесс стружкообразования 87
3. Экспериментальные исследование влияния состава СОЖ на шероховатость и микротвердость опорной поверхности стружки 91
4. Экспериментальное исследование режущих свойств СОЖ 99
5. Экспериментальное исследование различных факторов, оказывающих влияние на технологические свойства СОЖ 103
6. Выводы 108
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 111

Скачать архив (689.99 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Файлы: 1 файл

дисер(Шашин).docx

— 698.14 Кб (Скачать файл)

          + (22)

    Из  уравнения (22) следует, что чем сильнее  взаимодействие контактирующих фаз, тем больше работа адгезии. Добавление ПАВ в СОЖ улучшает смачивающее действие и уменьшает поверхностное натяжение, что положительно сказывается на проникновении СОЖ в зону резания.

    Смачивание  инструмента и обрабатываемой поверхности  в процессе резания должно проходить  с высокой скоростью. Скорость смачивания можно оценить по скорости растекания капли жидкости по горизонтальной поверхности твердого тела. Скорость растекания жидкости зависит от параметров шероховатости обрабатываемой поверхности и поверхности лезвийного инструмента (высоты, угла наклона микронеровностей и др.), вязкости и поверхностног о натяжения жидкости.

    Испытания пяти водных СОЖ (показатели смачивания и растекания приведены в табл. 2.7) показывают, что действительно  существует определенная связь между смачивающими свойствами СОЖ и технологическими параметрами абразивной обработки, характеризующими съем металла, режущую способность инструмента, высоту микронеровностей (см. табл. 2.8) [26].

                  Таблица 2.7

    Смачивающие свойства СОЖ и ее влияние на технологические  по

казатели  процесса обработки

№
    Состав СОЖ
 ожгхЮ\Н/м Ос' А,,мДж/м2 S,
1 50% керосина + 47% масла + 3% олеиновой кислоты
    27,0
 4
    53,93
 -0,07
2 5%-ная водная  эмульсия ИХП-120Э
    36,8
 13
    72,66
 -0,94
3 10%-ная эмульсия  ИХП-45Э
    35,0
 31
    65,00
 -5,00
4 5%-ная водная  эмульсия Укринол-1
    36,8
 34
    67,31
 -6,29
5 В25
    40,3
 32
    74,66
 -6,14
6 ВФ-1
    31,8
 21
    61,48
 -2,12

Примечание: Sf - коэффициент растекания.

 
 

Продолжение таблицы 2.7

№ состава СОЖ
    Объем металла, rnt* / с
 Режущая способность,

    aim3 1с

 Высота микронеровности, мкм
1
    1,923
    8,00
 0,101
2
    1,697
    16,80
 0,103
3
    1,395
    19,36
 0,118
4
    1,395
    19,26
 0,116
5
    1,168
    16,84
 0,107
6
    1,885
    11,65
 0,102
 

    Расклинивающее  действие СОЖ зависит от температуры  Т в зоне резания, молярного объема СОЖ в микротрещине и давления пара, образующегося в результате закипания жидкости. Расклинивающее давление можно оценить по формуле:

          RTy ps

                    (23)

          у м гп

где Л-газовая  постоянная;

    VM - молярный объем;

    Р$- давление пара, находящегося в равновесии с поверхностью жидкости;

    Рп - давление пара, находящегося в равновесии с пленкой данной толщины.

    23.3. Режущие свойства  и пластифицирующее  действие СОЖ

    Под режущими свойствами СОЖ подразумевают  уменьшение прочности тончайших поверхностных слоев обрабатываемого металла под действием жидкой среды. В результате снижения поверхностной энергии

обрабатываемого материала уменьшается его предел текучести 0>, сопротивление сдвигу и силы резания.

    В основе проявления режущего и пластифицирующего  действия СОЖ лежит снижение поверхностной  энергии обрабатываемой заготовки  в зоне резания. Сущность эффекта, открытого  академиком П. А. Ребннде- ром в 1928 году, состоит в том, что некоторые  ПАВ могут понижать поверхностную энергию металлов, способствуя зарождению пластических сдвигов, при контакте со средой, содержащей вещества, способные к адсорбции на межфазной поверхности.

    Эффект  Ребиндера лежит в основе многих явлений, наблюдаемых в природе, технике и научно-исследовательской практике. Благодаря адсорбции снижается поверхностная энергия, что облегчает разрыв межатомных связей атомов металла, находящихся под напряжением. В соответствии со схемой распространения трещины по зоне сегрегации ПАВ приводят к замене связи атом металла - атом металла на связь атом металла - атом ПАВ, то есть к резкому снижению прочности металла. Некоторые ПАВ способствуют разрушению кристаллической структуры металла. Молекулы ПАВ внедряются в микротрещины, образующиеся в металле в процессе резания, и «расклинивают» ее. Ослабление межатомных связей в процессе резания облегчает деформирование и разрушение обрабатываемого металла.

    Форма проявления эффекта Ребиндера зависит  от химической природы обрабатываемого металла, его структуры, условий резания. Этот эффект может проявляться в виде: адсорбционного пластифицирования (облегчения пластического деформирования), адсорбционного понижения прочности и даже самопроизвольного диспергирования структуры твердого тела.

    Наиболее  сильно эффект П.А. Ребиндера проявляется при использовании жидкостей, близких по молекулярной природе к твердому телу. Следует учитывать, что, если компоненты жидкости вступают в химическую реакцию с твердым телом, эффект адсорбционного понижения прочности не наблюдается.

    Для эффекта Ребиндера характерны следующие  общие особенности:

  • для каждого обрабатываемого материала могут потребоваться определенные жидкости;
  • для проявления действия среды достаточно весьма малого количества жидкости;
  • изменение механических свойств твердых тел может происходить после того, как металл начнет контактировать со средой; 
  • эффект Ребиндера проявляется лишь при действии механических напряжений в присутствии среды (например, в процессе резания). В этом состоит коренное отличие эффекта Ребиндера от других возможных случаев влияния среды на механические свойства твердых тел, в частности, от процессов растворения и коррозии, когда разрушение тела под действием среды может происходить и в отсутствие механических напряжений;
  • после удаления среды механические свойства исходного материала полностью восстанавливаются (обратимость эффекта).

    При хрупком разрушении связь прочности  Р поверхности твердого тела с  поверхностной энергией С описывается  уравнением Гриффитса:

 

                    (24)

где: Е - модуль упругости  твердого тела,

    I - характерный  размер существующих в нем  или возникающих при пластическом  деформировании дефектов, имеющих  вид зародышевых трещин разрушения.

    

    В соответствии с соотношением Гриффитса, справедливым в условиях хрупкого разрушения, отношение прочностей материала в присутствии РА и в отсутствие среды Р0 равно корню квадратному из отношения соответствующих поверхностных энергий:

          (25)

    При разрушении твердых тел в присутствии смсссй двух жидких компонентов, различающихся по адсорбционной активности, прочность снижается тем сильнее, чем выше концентрация более активного компо 
нента, который преимущественно адсорбируется на поверхности разрушения. Прочность в присутствии различных сред выражается в процентах по отношению к прочности Р0чистого материала (РА1 Р0)-Ш%. Эффект П.А. Ребиндера можно оценить на маятниковом динамометре.

    Наиболее  сильный эффект П.А. Ребиндера обеспечивают жидкости, близкие по молекулярной природе к твердому телу. Следует  учитывать, что, если компоненты жидкости вступают в химическую реакцию с  твердым телом, эффект адсорбционного понижения прочности не наблюдается.

    2.3.4. Охлаждающие свойства  СОЖ

    Охлаждающие свойства СОЖ оказывают влияние на стойкость инструмента, точность обработки, шероховатость поверхности, остаточные напряжения в поверхностном слое и т.д. Они зависят от состава СОЖ, физико-химических и теплофизических параметров отдельных компонентов. Органические и минеральные соли могут уменьшать устойчивость паровой пленки. На охлаждающую способность СОЖ влияют вязкость, теплопроводность, удельная теплоемкость, теплота испарения ее компонентов.

    Охлаждающая способность воды намного выше масла. Поэтому наиболее рациональным способом увеличения охлаждающей способности  СОЖ является перевод ее на водную основу с добавлением в нее  соответствующих поверхностно-активных веществ (например, полимера окиси этилена), положительно влияющих на противоизносные, противозадир- ные, антифрикционные и другие смазочные свойства [62].

    При обработке металлов на высоких скоростях  резания с использованием твердосплавного инструмента рекомендуется обильная и непрерывная струя СОЖ. На некоторых операциях, например в процессе фрезерования, часто повторяющийся вход - выход твердосплавных пластин приводит к образованию трещин и снижению стойкости инструмента вследствие увеличения циклических напряжений.

    Стойкость инструмента связана с температурой в зоне резания степенной зависимостью:

 

где: С - коэффициент;

    t - температура в зоне резания;

    п - показатель степени.

    Например, при точении напроход стали 9ХС резцами  из твердого сплава Т15К6 с толщиной среза 0,1 мм снижение температуры с 700 до 600 градусов Цельсия увеличило  стойкость инструмента в 1,5 раза - с 60 до 90 минут [37].

    Правильно подобранные СОЖ снижают силы трения и силы резания, что ведет к снижению выделяемого тепла. Основными источниками теплоты в процессе резания являются зона стружкообразования и те участки передней и задней поверхностей инструмента, которые контактируют с обрабатываемой деталью и стружкой. Тепловыделение возрастает с увеличением резания и в меньшей степени с увеличением подачи и глубины. Выделение теплоты при обработке пластичных материалов (сталей) больше, чем при обработке хрупких (чугунов).

    При выборе СОЖ необходимо принимать во внимание режимы резания, так как для каждого инструментального материала существует оп- тиматьная температура, обеспечивающая его максимальную стойкость. Например, для быстрорежущих сталей Р6М5, Р9, Р18 повышение размерной стойкости инструмента достигается при температуре 297 °С, для твердых сплавов ВК8 и Т15К6 - при 197 и 777 0 С. Теплопередачу резко ухудшает образование паровой пленки на поверхности инструмента при резании.

    Интенсивность охлаждения возрастает при применении распыленной жидкости, подаваемой в зону обработки под давлением 0,2 - 0,4 МПа. Скорость струи жидкости при этом составляет несколько сотен метров в секунду. Мельчайшие частицы жидкости оказывают охлаждающее действие не только путем теплообмена, но и вследствие испарения.

    Охлаждающие свойства СОЖ меньше влияют на выходные технологические параметры при чистовых режимах с малыми сечениями срезаемого слоя, так как тепловыделение в этом случае меньше, чем при черновых.

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