54 Сурет. Ішкі бетті ажарлау

55 Сурет. Ажарлау түрлері

Егерде ығысу бұрышы белгілі болса және ығысу зонасының қалыңдығы , онда деформация жылдамдығын мына формуламен анықтауға болады:

Ажарлаудың жай жылдамдығында деформация жылдамдығы 10⁷с^-1 жетеді.

Қиындының максималды қабатының есептеу мәндері

,

бұл жерде - бойлық өтпе берілісінің әсерін ескеретін қатынасы.

Келтірілген формулалар әртүрлі параметрлердің және әсерін сапалы сипаттай алады, бірақта технологиялық жүйенің илемді деформацияларының әсерін ескермейді. Шарықтастағы түйіршіктер қалай болса, солай орналасқандықтан, көбіне көрші түйіршіктер жұмысы әртүрлі жазықтықта болады.

Ажарлау түрлері. Ажарлау абразивті өңдеудің кеңінен тараған түрі, 0,3…1,6мкм кедір-бұдырлықты және 6…8-ші квалитеттер дәлдігін қамтамасыз етеді.

56 Сурет. Сыртқы беттерді центрлерде ажарлау

Ажарлау кезіндегі негізгі қозғалыс – шарықтастың шеңберлік жылдамдығы, м/с:

.

35м/с жылдамдығындағы қарапайым ажарлау, 35…60м/с жылдамдықты, 60м/с жоғары жылдамдықты. Беріліс әртүрлі болуы мүмкін: бойлық өтпемен , көлденең , тік вертикалды және т.б.

Ажарлаудың негізгі түрлері сұлбасы (55 сурет).

13 дәріс. Механикалық өңдеу кезіндегі тетік бетінің сапасы. Өңделген беттің геометриясы күрделі болып келеді, ал тетіктің беткі қабатының физика-механикалық қасиеттері дайындама материалының қасиеттерінен ерекше. Кесіп өңдеуден кейінгі тетіктің беткі қабатының негізгі сипаттамаларын қарастырайық.

1. Беттің кедір-бұдырлығы деп серіппелі- илемді материалды өңдеу кезіндегі кесу жүзінің геометриялық ізі болатын және беттің бедерін құрайтын тегіс еместік жиынтығын айтамыз. Бүгінгі күні (СССР) қажетті кедір-бұдырлықты мөлшерлейтін және бағалайтын, беттің тегіс еместігінің сипаттамасын тағайындайтын ГОСТ 2789-73 қолданылады. Кедір-бұдырлық келесі негізгі параметрлермен сипатталады: R_max – пішім тегіс еместігінің ең үлкен биіктігі; R_z – пішім тегіс еместігінің биіктігі (тоғыз нүкте бойынша); R_a – пішімнің орта арифметикалық ауытқуы; R_g – пішімнің орта квадраттық ауытқуы; S_ш – пішім тегіс еместігінің төбесі бойынша орташа адымы; - барлық шығыңқылар мен ойықтарды бір бір түзудің бойымен тартқанда болатын пішім ұзындығы; - пішімнің қатынасты ұзындығы ( бастапқы ұзындығына қатынасы); r_м – тегіс еместік ойықтарының радиусы.

Кедір-бұдырлықты көлденең және бойлық бағыттарымен ажыратамыз. Бойлық кедір-бұдырлық кесілетін қабат қалыңдығымен өңдеу ізіне перпендикуляр бағытта, ал көлденең – кесілетін қабат енімен өңдеу ізінің бойымен. Кесу кезінде көлденең кедір-бұдырлықшамасы бойынша бойлықтан үлкен сондықтан да, анықтаушы болады. Кедір-бұдырлықты бағалау үшін сүңгіш аспаптар жасалған (мысалы, профилографтар – профилометрлер Калибр 252), сондайақ оптикалық аспаптар, микроинтерферометр МИИ-4, микроскоп МС-48 және басқада аспаптар. Кедір-бұдырлық шамасына әсер етушілер: кесілетін қабат қалыңдығы мен ені, кесу жылдамдығы, өңделетін материал қасиеттері және басқада кесу шарттары. Кедір-бұдырлықтың геометриялық сипаттамалары кесу кезіндегі физика-химиялық процесстермен тығыз байланыста.

Беткі қабаттың физикалық сипаттамалары. Материалдарды кесу кезіндегі тетіктің беткі қабатының пайда болуы күрделі физикалық құбылыстар кешені болып келеді. Орыс ғалымдарының зерттеулерімен жоңқалану мен беткі қабаттың пішімделуі өзара байланыста екендігі белгіленді: жоңқалану процесін, кесілетін қабаттың илемділік деформациясының көлемін жеңілдетуге әкелетін факторлардң барлығы, әдетте тетіктің беткі қабатының өзгеруіне (жақсаратын) әкеледі. Тетіктің беткі қабатының құрылымы, фазалық және химиялық құрамдары, оның пішімделу кезіндегі серпімділі-илемді өзгеруіне кететін энергияға, кесу процесінің жылукернеуіне және өңделетін материалдың, құралдың кескіш бөлігінің материалы мен қоршаған орта байланысының сипаттамасына байланысты. Беткі қабаттың физика-механикалық қасиеттері h_нтереңдігімен, И_гр градиентімен және И_н «қақталма» дәрежесімен (деформациялық беріктенумен), қалып қойған кернеу шамасы мен белгісімен, микроқұрылыммен, орналасу тығыздығымен, вакансия концентрациясымен және басқада сипаттамаларымен бағаланады. Қақталма дәрежесі деп = қатынасын айтамыз, бұл жерде Н_max – өңделген беттің микроқаттылығы, Н₀ – дайындама материалының (бастапқы) қақталмаған микроқаттылығы. Қақталма градиенті: И_гр=Н_max-Н₀/h_м.

Кесілетін қабаттың кесу жылдамдығы өскен кездегі илемділік деформациясы дәрежесінің өзгеруі, өңделген беттің қақталуы мен сәйкес өзгеруіне себеп болады. Жоғары жылдамдықта қақталма тереңдігі төмендейді. Құралдың артқы бетінің тозуында N және F күштері жоғарылайды да, беткі қабаттың қақталуы өседі. Қақталма дәрежесі өңделетін материалдың физика-механикалық қасиеттеріне тәуелді. Тоттанбайтын, ыстыққа берік болаттар және басқа илемді материалдар қақталуға жоғары икемділігін көрсетеді.

Деформация зонасында пайда болатын жылу беткі қабаттың температурасын көтеруі мүмкін. Т_тл (0,2…0,3) температурасында «демалу» (полигонизация) пайда болады, 0,4 Т_тл үлкен температурада қайта кристалдану және өзгеру беріктігін алып тастау мүмкіндігі туады.

Беткі қабаттың физикалық жағдайының маңызды сипаттамасы болып қалып қойған кернеулер- жүктемені алып тастағаннан кейін беткі қабаттың ішінде теңесетін кернеулер, шамасы мен белгісі саналады. Қалып қойған кернеулер біртекті емес күш өрісінің (күш, температуралық және т.б.) тетіктің беткі қабатындағы орналасуды қайта тарату мен бағыттау және кристалдық тордың бұрмалануына әсер ету нәтижесінде пайда болады. Н.Н.Давиденковтың жіктемесі бойынша қалып қойған кернеулердің бірінші түрі (макрокернеулер) – өзгеретін дене көлемінде өзара теңделеді, еінші түрі (микрокернеулер) – бірнеше түйіршік көлемінде теңделеді. Жүзді құралдармен кесу процесінде қалып қойған кернеулер көбіне бірқалыпты емес деформация өрісі мен температураның тетік материалының беткі қабатына әсер ету нәтижесінде пайда болады.

Еркін кесу (жону, сүргілеу, тарта жону, және т.б.) кезінде қалып қойған кернеулердің пайда болу механизмдерінің сырт көрінісін шамалап былайша көрсетіге болады. Үйкеліс күші жоғарғы қабаттың илемді созылуын шақырады, ал одан төменірек жатқан қабаттар созылудың серпімді деформациясына қол жеткізеді. Кескіш жүз өткенннен соң(жүктемені алып тастау), серпімді созылған қабаттар ығысуға талпынады, бірақта бұған қайтарылмайтын илемді деформацияға түскен жоғарғы қабаттар кедергі болады. Осының нәтижесінде ішкі қабаттар созылған қалпында қалады, ал жоғарғы қабатта ығысудың қалып қойған кернеулері қалады. Екінші фактордың әсер етуі – бұйымға кететін жылумен, үстіңгі қабаттар созылуға ұмтылады, ал бұған салқын қабаттар қарсыласады да беткі қабатта ығысу керенулері пайда болады. Жеткілікті қарқынды жылытуда бұл кернеулер аққыштық шегінен асып кетеді де, беткі қабаттар илемділік ығысуында қалады. Тетік суығанда ішкі қабаттарда ығысудың қалып қойған кернеулері, ал бетінде созылу кернеулері пайда болады. Қалып қойған кернеулердің нәтижелік эпюрі механикалық және жылу факторларының әсер ету қарқынынана байланысты. Мысалы, қарқынды жылыту механикалық әрекеттен пайда болған ығысу кернеуін кеміте немесе мүлде жоя алады.беткі қабаттағы ығыстырушы қалып қойған кернеулердің арқасында тетіктердің төзімділігі артады, ал қалып қойған созылу кернеулері оны кемітеді. Мысалы, жоғары қаттылықты болаттар үшін қажу беріктігі ығыстыру кернеулері арқасында 50% жетеді, ал созу кернелері есебінен ығыстырушы 30%. Материалдың илемді өзгеруі көлемін, деформацияның біртекті емеч өрісін және температураны азайтуға әкелетін барлық технологиялық шаралар, қалып қойған кернеулердің азаюына әкеледі. Мысалы, кесілетін қабаттың қалыңдығы мен ені, кесу жиегінің дөңгелену радиусы, β бұрышы үлкен және α кіші болған сайын қалып қойған кернеулер көп болады. Кесу жылдамдығының өсуі, СОВ қолдану, құралды ұқыпты қайрау қалып қойған кернеулерді азайтуға әкеледі. Кесу режимдерін және құралдың геометриялық параметрлерін оңтайлы таңдау, беттерді беріктендіру мен термоөңдеуді қолдану жолдарымен беткі қабаттың пішімделу процесін басқаруға, тетік жұмысының сенімділігі мен ұзақ тұрақтылығын қамтамасыз ететін бет сапасының қажетті сипаттамасын алуға болады.

Кесу кезіндегі материалдың кернеулі-өзгермелі жағдайын (НДС) сандық және сапалық бағалау үшін әртүрлі әдістер бар.

1. Жоңқалану кезінде жалпы өзгерген жағдайды қатынасты бағалау әдісі:

А) Жоңқаның қысқару К_е, кеңейу К_в және қалыңдау К_а коэффициенттерін анықтау әдісі. Жоңқалану процесін сырттай бақылау арқылы белгілі болғаны, көп жағдайларда кесіп өңдеуде жоңқа кесілетін қабатқа қарағанда қысқарады, қалыңдайды және ені ұзарады («шөгеді», «ісінеді»). Бұл үлкен илемді деформация салдарынан өзгеру процесінің сыртқы көрінісі болып келеді және материалдың күрделі кернеу жағдайымен, оның қирауымен, текстурасының, құрылымының және физика-химиялық қасеттерінің өзгеруімен байланысты. Көрсетілген коэффициенттер жоңқа мен дайындаманың кесілетін қабатының сызықтық размерлернің қарапайым ара қатынасын білдіреді К_е= ; К_а= ; К_в= .

Әртүрлі материалдарды кесу кезінде және түрлі жағдайларда коэффициенттер бірден көп немесе кіші болуы мүмкін. Бұл коэффициенттер тек қана деформация шамасын қатынасты салыстыруға және тек қана дәл өрнектелген иірмелі жоңқаның пайда болғанында ғана жарайды. Иірмелі жоңқаның ұзындығы мен енін өлшеу қиындық туғызған жағдайда К_е жоңқа аудандары шамасының f_стр.және кесілетін қабаттың f_сл ара қатынасы арқылы «салмақтық әдіспен» анықтайды:

К_е= …,

Бұл жерде, G_стр-жоңқа элементінің массасы; ρ-материал тығыздығы; a,b-кесілетін қабаттың сызықтық размерлері; -жоңқаның өлшенетін элементінің ұзындығы; s,t-кесу тереңдігі мен берілісі.

Жоңқаның қалаған элементін таразыға тарту мен өлшеу арқылы алынған шама К_е кесу зонасындағы алғашқы деформациямен қатар жоңқаның бұйралану мен үгітілу кезіндегі қосымша деформациясын да ескереді.

Б) Қатынасты ығысуды анықтау әдісі. Жоңқа тамырының микроысылмасындағы ығысу шамасын q, ығысу бұрышын β₁ өлшеу жолымен анықтау үшін, кесу зонасында тек қана өзгерген түйіршіктердің, құралдың алдыңғы бұрышының γ шамасына байланысты қатынасты ығысуы жорамалданады: q=сtgβ₁+tg(β₁-γ) немесе жоңқаның қысқыру коэффициентіне К_е және γ байланысты: q=К_е²+2К_е·sinγ+1/К_е·cosγ. Бұл әдіс те, алдыңғы әдіс сияқты кесу зонасындағы материалдың, тек қана ығысу жазықтығы микроысылуда анық көрінген кесу жағдайында, өзгерген жағдайын шамалап қана сипаттауға мүмкіндік береді.

2. Беткі қабаттағы материалдың НДС сипаттамасын анықтау әдісі.

Қақталма тереңдігі мен дәрежесін металл қабатының немесе үлгілердің беткі қабатының қиғаш қимасындағы микроқаттылықты өлшеу арқылы анықтаймыз. Жұқа беткі қабатта ең үлкен микроқаттылық(бастапқымен салыстырғанда) болады. Егерде жоңқа тамырын жасап, арнайы қаттылық өлшегіштерді қолданып (ПМТ-2, ПМТ-3 және т.б.), беткі қабат пен кескіш жүзлің айналасындағы материалды беріктеудің жалпы көрінісін аламыз. Рентгенқұрылымдық талдау әдісі күрделі деп саналады. Рентгенограмманы зерттеу материалдың беріктендірілген (қақталған) қабатының төселу тереңдігін анықтауға рұқсат етеді. Қалып қойған кернеулердің шамасы мен белгісін механикалық және рентгенографикалық әдістермен анықтайды.

Деформация өрісінің әртүрлі нүктесіндегі деформациялар мен кернеу шамаларын анықтау әдістері.

А) Координаталық тор әдісі – кесу зонасындағы иірмелі, буын тәрізді және опырылмалы жоңқалардың пайда болу кезіндегі кернеулі-өзгермелі және жылдамдықты жағдайды сандық және сапалық бағалауға мүмкіндік береді. Үлгіге түскен тордың дөңгелек және квадрат көздердің бұрмалану сипатына қарап, материалдың өзгеру зоналарының размерлері туралы, деформация ошағындағы және бұйымның беткі қабатындағы кернеулі-өзгермелі жағдайдың сандық сипаттамасы туралы, сонымен қатар кескіш сына бетіндегі үйкеліс пен түйіспе жүктемелер туралы мәліметтер аламыз.

Кесу кезіндегі өзгеру процесін көптеген теориялық және эксперименттік (координаталық тор көмегімен) зерттеулері әртүрлі материалдар мен өңдеу шарттары үшін, өзгеруге кететін кішкентай бөлшектер жылдамдықтарының v, деформация жылдамдығының , деформация шамасының , кернеуінің σ және энергияның Е_q өзгеруінің бірдей сипатын белгілеуге мүмкіндік берді.

Б) Өзгерген материалдың микроқаттылығын Н_μ өлшеудің кернеулі жағдайды өлшеу әдісі, координаталық тор әдісімен бірігіп, деформациялардың қарқындылығы шамасын _j біле отырып, кесу зонасының әртүрлі нүктесіндегі кернеулердің қарқындылықтарын σ_i анықтауға мүмкіндік туғызады. Бұл үшін кесу кезіндегі жүктеуді әрбір нақты жағдайға байланыстыратын «ε_i-σ_i-H_μ» механикалық сынаулардың графиктерін салу қажет.

В) Кесу зонасындағы материалдың кернеулі-өзгермелі жағдайын есептеу әдістері сырғу сызықтары өрісін салумен байланысты, ұқсастық және электрлік модельдеу теориясын қолданамыз.

Қарастырылғын механикалық модель мен НДС бағалаудың түрлі әдістерін қолдана отырып, кесу кезіндегі өзгеру мен қирау процестеріне әртүрлі факторлардың әсерін сандық және сапалық жағынан анықтауға болады. Мысалы, кесу жылдамдығы өскен сайын өзгеретін материал көлемі кішірейеді, өзгеру зонасының жоғарғы және төменгі шекаралары жақындай түседі. Кесілетін қабаттың қалыңдығы өскен сайын өзгеру зонасы да өседі. Алдыңғы бұрыш кеміген сайын, кесуге кедергі өседі және өзгерген материал көлемі өседі. Сонымен қатар әртүрлі физика-химиялық қасиеттері бар материалдарды кесу кезіндегі өзгеру және қирау процестеріне кеткен энергетикалық шығындарды салыстырып талдау мүмкіндігі болады. Металемес (керамиканы, полимерлерді, шыныпластиктерді пластмассаларды және т.б.) және монокристалдық талшықтармен бекемдетілген құрылымдық материалдарды кесу кезіндегі өзгеруі мен қирауы, олардың құрылымдары мен физика-химиялық қасиеттерінің ерекшеліктерімен байланысты. Мұндай құрылымдық материалдар, атап айтсақ, тотықталған, нитридтық, карбидтік және басқа керамикалар, жоғары серпімділік, қаттылық және морттық модульдерін иеленіп кесіп өңдеуге қиындық тудырады. Керамикалардың морттыкристалдық құрылым мен орналасу ептілігін анықтаушы атом аралық байланыстың беріктігі мен бағыттылығымен байланысты, ал мұндай материалдағы сызаттың тарауы мен тарам-тарам болуының жылдамдығы үлкен. Бұл материалдардың жүктелген кезде ешқандай да илемділік өзгермеуі салдарынан, беттің нақты бір дәлдік пен кедір-бұдырлықпен пішімделген тетікті алу қиынға соғады.

Жіңішке талшық пен илемді төмен фазалық – талшықтар арасындағы кеңістікті толтыратын матрицадан, тұратын талшықты композиттердің жоғары температураға жеткілікті беріктігі және кесуде төмен өңделетіндігі бар. Бұл материалдардың кесу кезіндегі өзгеру мен қирауға қарсыласуы ығыстыру кернеулерінің (талшықтар жазықтығында немесе оларға перпендикуляр) бағытымен анықталады.

14 дәріс. Майлау–суыту технологиялық заттары(СОТС). Металды кесу процессіне технологиялық ортаның әсері. Бірталай ғылыми және инженерлік мәселелерді шешуге, құрылымдық материалдардың физика-химиялық қасиеттері мен беріктік сипаттамаларына, сонымен қатар оларды өңдеудің технологиялық процестері параметрлеріне технологиялық ортаның әсер ету заңдылықтарын зерттеу мағынасы өте зор.

Кесу зонасына түрлі ортаның әсер етуі кезінде, күрделі, өзара байланыста және өзара тәуелділіктегі физика-химиялықпроцестердің, мысалы адсорбция, кернеудегі жегідеу, газға қанығу, беттерде сызаттың пайда болуы, бүкіл жүйенің немесе оның кейбір жерлерінің сууы мен жылуы, элеметтарлық бөлшектермен сәулелену, электрлік процестер мен басқа да көптеген құбылыстар. Қиын өңделетін материалдарды өңдеу процесін қарқындатуға орта едәуір әсер етеді. Мысалы, ультрадыбыстық тербеліс әсері, майлау-суыту заттарын қолдану, электр және магнит өрісінде өңдеу, вакуум мен бейтарап және сұйықметалл ортада өңдеу.

Материалды механикалық өңдеуге ортаның әсер ету сипатын анықтаудың сантүрлі факторлары, зерттеушілерді жүйелік талдауды қолдануға мәжбүр етеді немесе тек бір сипаттың басымдылығын (ең маңыздысын) айқындайды. Өндірісте кеңінен қолданылатын материалды кесу процесінің үйкеліс күші мен жылукернеуін төмендету үшін майлау-суыту ортасын қарастырайық.

Құрал мен тетікке баратын жылу нақты беттердегі адгезиялық және диффузиялық процестерді жандандырады, түйіспе процестерінің өту шарттарын өзгертеді. Мұның барлығы құралдың тозуының өсуіне, өңдеу дәлдігінің төмендеуі мен өңделген беттің кедір-бұдырлығының жоғарылауына әкеледі.

Құралдың төзімділігін көтеру үшін кесу процесінің жалпы жылу кернеулігін түсіру және кесу құралы мен кесу зонасының жылы участоктарынан жылуды қарқынды қайтаруды қамтамасыз ету қажет. Жылудың пайда болуының негізгі көзі механикалық энергия болғандықтан, ең алдымен деформация мен үйкелі жұмысын азайту керек. Құралдың алдыңғы бетімен қозғалуы кезінде, металдың түйіспе қабатын тоқтататын үйкеліс, ығысу бағытының өзгеруіне, осының салдарынан илемділік деформациясы жұмысының өсуіне әкеледі.

Майлау әрекеті кесу зонасын қоршаған сыртқы ортаның (сұйықтар, газдар), құралдың жылыған түйіспе беттерімен және өңделетін материалдың өзара әрекетінің жалпы тиімділігі болып саналады.

Кесу кзінде түйіспе алаңшығында 1…3 ГПа ретіндегі қысым мен балқу температурасына жақын температура пайда болады. Бұл жағдай майлау заттарының түйіспе беттеріне түсуін едәуір қиындатады. Бірақта үйкелетін беттерде кедір-бұдырлықтар кездесетін болғандықтан, шығыңқылар түйісетін жерлердегі қысым өте үлкен, ал ойпаң жерлерде вакуум пайда болады. Майлық заттардың бөлшектері қуыстарды толтырады және сызаттарға кіреді. Ортаның кіру әрекеті капиллярлық және адсорбция құбылыстарымен байланыста. Түйіспе беттерде майлы кілегей пайда болады. Кілегейді құрайтын зат, үйкелетін беттердің түйісу процесінде пайда болады.

Майлау-суыту заттарының (СОВ) кесу кезінде әсер етуінің физика-химиялық табиғаты машина тетіктерінің жұмысы кезіндегі майлау механизымынан өзгешелігі едәуір. Кесу кезіндегі майлы кілегейінің молекула шамасымен салыструға болатын, жұқа қабаттары шекаралық үйкелу жағдайында қоршаған орта мен түйіспе беттердің өзара әрекеті нәтижесінде пайда болады. Сондықтанда, майлау-суыту сұйықтары (СОЖ) әрекетінің тиімділігі, тек оның физика-химиялық қасиеттері мен қолдану тәсілдерінен ғана емес, өңделетін және құрал материалына да байланысты. Кейбір жағдайларда жылыған түйіспе беттер катализатор ретінде әсер етеді де, СОЖ –дың жіктелуінің температурасы төмендейді. 500С реттегі түйіспе температурасында СОЖ-дың көмірсутектерінің жедел термиялық жіктелуі (пиролиз) басталады және олардың тиімділігі төмендейді. Үлкен кесу жылдамдықтарында көмірсутектерінің полимерленуі және қатты майлау элементтерінің пайда болуы басталады. СОЖ-дағы бар көмірсутектерінің тотықтану процесін тездететін ауадағы оттегі майлауға үлкен үлес қосады. Майлайтын заттарды кілегейінің ығысуға қарсылығы аз, балқу температурасы жоғары, үйкелетін беттермен ұстасуы берік болатындай етіп таңдайды.

Әрекеттерін жеделдету үшін майлықтарға фосфоры, күкірті, хлоры және йоды бар химиялық заттарды қосады. Жоғары температура мен қысымның әсерінен бұл қосымдар түйіспе беттердің материалымен үйкелісті азайтатын-ффосфидтер, хлоридтер, сульфидтер мен дийодидтермен- біріктірулерді құрайды. Ыстыққа берік және титан қорытпаларын кесу кезінде СОЖ-ға қосқан йод, жылыған тотықпаған түйіспе бетпен жанасқан кезде реакция тудырады және үйкеліс күшін азайтатын, жұқа антифрикционды илемді дийодит қабаты пайда болады.

Кесу процесінің жылукернеулігін төмендетудегі негізгі рөлді әртүрлі заттардың суыту қабылеті мен оларды кесу зонасына жеткізу тәсілдері атқарады. Суытушы заттардың жоғары жылуөткізгіштігі және көлемдік жылусыйымдылығы, едәуір жасырын буландыру жылуы және төмен тұтқырлығы болуы қажет. Кесу кезіндегі суыту ортаның әрекеті температуралық деформацияны төмендету мен құралдың төзімділігін көтеретін конвективті жылуалмасуымен, сонымен қатар булану мен сәулеленумен қошталады.

Сұйық және қатты дене шекарасындағы жылуды конвективті көшіру Ньютон теңдеуімен сипатталады:

,

бұл жерде - жылуөткізгіштік коэффициенті; - температура градиенті; α – жылуберудің конвективті коэффициенті; -сұйық және қатты денетемпературасының айырмасы.

коэффициенті үлкен болған сайын, жылуалмасу қарқындырақ және суу тиімдірек.

Сұйықтың тынымсыз молекулалары суыту-майлау ісінен басқа, материалдың беткі қабатындағы микросызаттарға кіре отырып, сызат бетімен сорылып, сыналап әрекет етеді («Ребиндер эффекті») және осысымен кесілетін қабаттың қирауына үлес қосады. Бұл процесс түрлі құрылым ақауының туылуы мен дамуы, дислокациялық конфигурациялардың, илемділік ағымының микробіртекті еместігінің және басқа да процестермен өзекті байланыста. Мысалы, қиынбалқитын қорытпалардың жедел соратын ортамен түйісуіндегі қирауының өзіне тән сипаты, сызаттың тарауы негізінен түйіршік денесімен емес, түйіршік шекарасымен өтеді.

Көптеген зерттеушілермен қандайда болмасын қатты денелерді (кристалдық, аморфты, тегіс және кеуекті материалдарды, металдарды, полупроводниктер мен диэлектриктерді, иондық және молекулалық монокристаллдар және т.б.) өңдеуде өзгеру мен қирауға қарсыласудың адсорбциялық әсері қатты денелерді кесу кезінде байқалатыны анықталды. Кесу кезінде СОЖ-дың шашырау әсері көбіне жұқа жоңқаны (а≤0,2мм) алу кезінде және аз кесу жылдамдығында болады.

Морт материалдарды кесу және абразивті өңдеу кезінде СОЖ-дың жуып тастау қабылеті, атап айтсақ жоңқаның майда бөлшектері мен тозу өнімдерін сұйықпен кетіру, маңызды деп саналады. Бұл үшін СОЖ жоғары беттік ептілік, қатты бөлшектерді жақсылап сулау және олардың айналасына бет кілегейін құра алатын қабылеті болуы қажет.

Кесу кезінде қолданылатын майлау-сулау заттарын (СОВ) бірнеше топқа бөлуге болады.

1. Сұйықтар: а) сабынның, майдың су ерітінділері және минералдық электролиттер, эмульсиялар (бір-бірімен араласпайтын сұйықтан тұратын екі фазалық шашырау жүйесі); б) минералды және өсімдік майлары (сарыбас, зығыр, майсана және басқа), фосфор, күкірт және хлор қосылған минералды майлар, сульфофрезолдар (күкіртенген майлар), олейн қышқылы, төртхлорды сутегі және т.б.; в) керосин және керосиндегі беттік жылдам заттарының (ПАВ) ерітінділері, өсімдік майлары қосылған керосин; (коллоидтық графий, хлорланған парафин, воск, молибден дисульфиді және т.б.). Қиын өңделетін металдар мен қорытпаларды өңдеуде күрделі құрамды СОЖ-ды қолдану тиімді, мысалы, 5…10% Укринол – 1,5…10% Аквол – 3,5…8% РЗСОЖ8, МР4 және басқа су ерітінділері.

II. Газ тәріздес заттар: а) газдар (СО₂, азот, ауа және т.б.); б) беттік жылдам заттарының (ПАВ) булары; в) шашыратылған сұйықтар мен көбіктер.

III. Қатты заттар: а) сабын мен парафин ұнтақтары, петролатум, битум, воск, графий, молибден дисульфиді, содалар, хлорлы кальций және т.б. кейбір жағдайларда қатты майлаулар кескіш құралдарға тікелей жағылады, бірақта жиірек СОЖ-ға қосынды ретінде қолданылады.

Кесу кезінде қолданылатын СОВ-тар жақсы майлау және суыту әрекетін бірдей жасауы керек. Ең жақсы СОЖ болу үшін жоғары суыту қасиеті мен жақсы майлану және жуу қабылеті болуы керек. Сонымен қатар СОЖ-ға қойылатын талаптарға: қабаттарға бөліну мен қартаюға жоғары қарсыласу, қолдану мен сақтау ыңғайлылығы, жұмыс жасап кеткен СОЖ-ды жою, жабдықтардың қызмет көрсетушілерге зияны тимеуі жатады. Эмульсиялар мен сулық ерітінділер негізінде жедел суытуды қамтамасыз етуге пайдаланылады. Түрлі майлар мен керосиндер жақсы суландырады және үйкелісті азайтуға көмектеседі. ПАВ ұсақ түйіршікті ұнтақтарының қосындысы майлау тиімділігін және жылуөткізгіштігін көтереді. Қиын өңделетін материалдарды кесу кезінде төмен температурадағы(-5…-20°С) сұйықтармен суыту нақты бір қызығушылықты білдіреді. Сұйықтар өздерінің сұйықтық қасиеттерін жоғалпауы керек. Кесу зонасына төмен температуралы сұйықтарды жеткізу үшін арнайы насосты-суыту жабдықтары қажет.

Газ тәріздес заттар майлап-суыту қасиеттермен ғана емес, химиялық ықпал ету қабылетке де ие. Бұл жағдайда суыту әсері булануда болатын жылу арқасында емес, берілетін газдың төмен температурасында. Газдармен суыту кезінде қауіпсіздік ережелерін қатаң сақтау керек. Кесу зонасындағы жылы беттердегі сұйықтардың булануы нәтижесінде пайда болатын ПАВ булары, құралдың кескіш бөлігін орайды, түйісу зонасына кіреді және жоңқаның тотықпаған бетімен жоғары жылдамдықпен қарсы әсер етеді. Беріктігі жеткілікті майлы кілегей құрады. Жылынған беттердегі сұйықтың еркін булануы едәуір жылуды жұтумен өтеді. Бұл құбылыс көбіне шашырылатын сұйықпен («тұманмен») суыту кезінде орын алған. Кесу зонасына сұйық арнайы араластырғыштармен (шығудағы жылдамдық 25…30 м/с) жеткізіледі. Зерттеулер көрсеткендей, шашыратуды қолдану суыту сұйықтарының шығының азайтады, өңделген беттердің тазалығы мен дәлдігін жоғарылатады, құралдың төзімділігін көтереді. әдіс техника қауіпсіздігін ұқыпты сақтауды талап етеді.

Көбікпен суыту күрделі конфигурациялы тетіктерді өңдеуде қолданылады. Суытушы сұйық арнайы жабдықтарды ауамен айдалады (қысымы 0,6…0,7*10⁵Па). Пайда болған көбік шашырамайды, кесу зонасын орайды. Алдыңғы әдістермен салыстырғанда кемшілігі майлап-суыту әсерінің төмендігі.

Газ тәріздес заттармен суыту тек қана сұйықтармен суытуға болмайтын жағдайларда қолданылады.

Майлап-суыту заттары әрекетінің тиімділігі кесу зонасына әкелу тәсілдеріне байланысты. Өндірісте кеңінен тарағаны еркін құлаған ағыншамен суыту («суғарумен»). Қарапайым әдіс, кемшіліктері: ағыншаның жылдамдығының жайлығы, шығынның үлкендігі (8..12л), сұйықтың шашыратылуы, төмен майлау әрекеті. Жоғары кернеулі суытуда (ағынша қысымы 1,5…2,0МПа, саптама ø0,5..0,7мм) құралдың артқы беті жағынан жоғары жылдамдықпен жіңішке ағыншамен сұйық жіберуге болады. Жоғары қысым арқасында сұйықтың ұсақ бөлшектері микросызаттар мен түйіспе зонасының саңылауларына қарқынды кіреді. Сұйықтың біршама бөлігі буға айналады және жылынған беттерді суытады. Төмен арынды суытуда сұйық ағыншасы қысыммен (0,5…2,0*10²КПа) диаметрі 3…5мм саптама арқылы беріледі. Кейбір кесу жағдайларында сұйықты алдыңғы бет жақтан тікелей жоңқаның астына немесе жонғыш арқылы әкелу тиімдірек болады.

Ағыншамен суыту құрал төзімділігін едәуір жоғарылатады (ерекше ыстыққа берік және титан қорытпаларын кесу кезінде), бірақта кемшіліктері бар: арнайы насостарды қолдану қажеттілігі, СОЖ мұқият тазалау, ағынша қысымы мен бағытын дәл реттеу қажеттілігі, қорғаныс құралдарын қолдануды талап ететін, сұйықтың қатты шашырауы. Кейбір жағдайларда, мысалы илемді материалдарды кесу немесе бұрғылау кезінде (шойын, қола, металл емес материалдар), құралды ішінен суыту қолданылады. Жұмысшы организміне СОЖ-дың зиян әсері мен жұмыс орнының бұлғануы жойылады. Іштен суытуға қатты суытқыш сұйықтар қолданылады (мысалы «Ферон-12»), құрал ішіндегі каналдармен өткізілетін немесе құралда орнатылған арнайы трубкамен жіберіледі.

Майлап-суыту заттарын дұрыс қолдану кесіп өңдеу өнімділігін 2…3 рет, ал құралдың төзімділігін 8…10 рет арттырады.

Қазіргі кезде сұйықметалды ортаның металдар мен қорытпаларға әсері туралы ақпарат жеткілікті. Сұйықметалды орта шекаралық фазалардың, ығысу энергиясының және өзгеру мен жойылу әдістерінің химиялық жақындығына байланысты, металдың беріктік шегінің кішірейуіне, оның тез морттануына, түйіршек шекарасымен сызаттануына (сұйық металл атомдарының сызат беті мен төбесіндегі сорылумен атом аралық күш байланысының кемуіне) металдың қызуы мен басқада физика-химиялық құбылыстарға әкелуі мүмкін. Металдардың өңделуін жақсарту үшін кесу процесін сұйықметалды ортада жүргізуге болады. Мысалы, зертханалық зерттеулерде нақты тиімділік қаттықорытпалы жонғышпен вольфрамды қорытпаларды мырыш, Вуд қорытпасы мен қалайы балқытпасында жону кезінде алынды. Құрал төзімділігі 5…8 рет жоғарылады.

15 дәріс. Размерлік өңдеудің физика-химиялық әдістері. Размерлік өңдеудің физика-химиялық әдістеріне электроэрозиондық, электрондысәулелік, жарықсәулелік, химиялық және ультрадыбыстық әдістер жатады.

Бұл әдістердегі өңделетін материалының беткі қабатының қирауы әдетте үлкениилемділік деформациясы есебінен емес, электрлік және химиялық эрозия жолымен жүргізіледі. Химиялық эрозия-бұл металдың химиялық немесе электрохимиялық процесстер әрекетінен қирауы.

Электрлік эрозия – бұл импульсті электр разрядының әрекетінен металдың бағытталып лақтырылуы.

Материалдардың физика-химиялық әдістермен өңделуін уақыт бірлігі ішінде w, мм³/мин ортаминуттық беріліс шамасымен S, мм/мин алынып тасталған дайындама материалы көлемімен; құралдың тозуымен, өңделген беттің сапасымен (Ra, , H, HRC және т.б.) сипатталады.

Электроэрозиондық өңдеу. Электрэрозиондық әдісі импульсты электр разрядтарының жылулық әрекеті нәтижесінде, тоқөткізуші материалдарды бағытты жоюға электрлік эрозия құбылысын қолдануға негізделген.

Электрлік эрозия булану, балқу және балқытылған металдың гидродинамикалық алып тастауы нәтижесінде жүреді. Термиялық кернеулер беткі қабаттардың мортты қирауын шақырады.

Газ ортасындағы электродтар арасындағы разряд немесе электродтық аралықтың диэлектрлік сұйықпен – керосинмен, минеральды маймен және т.с.с. толтырылуы болады. Сұйық ортада эрозия процесі қарқынды жүреді. Электродтарда потенциалдар айырмасы болған кезде электрод аралық кеңістігінің иондалуы жүреді. Потенциалдар айырмасы нақты бір шамаға жеткенде, электродтар арасындағы ортада өткізу каналы пайда болады, оның ішімен импульстық, ұшқындық және доғалық разряд түріндегі электр энергиясы ұмтылады. 10^-5 …10^-8с уақыт ішінде тарайтын энергияның жоғары концентрациясында, өткізу каналындағы тоқтың сәттік тығыздығы 8000…10000, А/мм²жетіп жығылады, осының нәтижесінде өңделетін электрод-дайындама бетіндегі температура 10000-12000 ⁰С көтеріледі. Бұл температурада металл көлемінің сәттік булануы мен балқуы, өңделген бетте сынық пайда болады. Тоқтың келесі импульсы электродтар арасындағы ең аз арақашықтықты электродаралық арасын кесіп өтеді. Эрозия процесі импульстың берілген кернеуіндегі электрлік ойық болуы мүмкін қашықтықтағы, электродтар арасында орналасқан бүкіл металл алып тасталғанға дейін болады. Процесс ары қарай жалғассын десек, электрдтарды бір біріне жақындату керек.

Электроэрозиялық өңдеу процесінде дайындама-электрод материалына жылу әсерінен басқа электродинамикалық және электростатикалық күштер, сонымен қатар импульстық разрядтар процесіне ілесіп жүретін, кавитация салдарынан сұйықтың бөлінуі. Күш және жылу факторлары жиынтығы металдың қирауы мен дайындама-электродтың өңделетін бетінің пішімделуіне әкеледі. Электроэрозиялық әдіске электрұшқындық, электримпульстық, жоғары жиілікті электрұшқындық және электртүйіспелі өңдеулер жатады.

Электрұшқындық өңдеу. Дайындама (+) мен құрал (-) арасындағы импульстік разряд пайдаланылады, размер дәлдігі 0,002 мм –ге дейін, беттің кедір-бұдыры Ra=0,63…0,16 мкм. Тоқ көзі: электрондық, тиратрондық, лампалық және транзисторлық генераторлар. Электроимпульстық өңдеу. Өңдеудің бұл әдісінде, нәтижесінде доғалық разряд пайда болатын ұзақтығы үлкен электроимпульсты (500….10000мкс) қолданамыз.

Электротүйіспелі өңдеу электрод-құралмен дайындама түйіскен жерін жергілікті жылытуына және жұмсартылған қабатты немесе құрал мен дайындаманың қатынасты қозғалысымен механикалық тәсілмен өңдеу зонасынан балқытылған металды алып тастауға негізделген. Өңдеу зонасында жылудың пайда болу көзі импульстық доғалық разрядтар.

Электрохимиялық өңдеу әдістері электролизде болатын анодтық еру құбылысына негізделген. Тұрақты тоқтың электролиттен өткен кезінде, электр тізбесіне қосылған және анод болып келетін дайындаманың бетінде химиялық реакциялар жүреді және металдың беткі қабаты химиялық біріктірулерге айналады. Электролиз өнімдері ерітіндіге ауысады немесе механикалық тәсілмен алынады (электрохимиялық, жылтырату, размерлік өңдеу, электроабразивтік және алмастық өңдеу).

Анодты–механикалық өңдеу (АМО). АМО электротермиялық және электромеханикалық процестердің үйлесімділігіде негізделген және электроэрозиялық және электрохимиялық әдістердің ортасында аралық орын алады. Электролит –сұйық натрий шынысының су ерітіндісі.

Электронды-сәулелі өңдеу (ЭЛО). ЭЛО электрондардың шоғырланған тобының кинетикалық энергиясын пайдалануға негізделген. Процесс механизмі материалдың электрон сәулесі жанасатын зонадан кинетикалық энергияның электронмен жылу энергиясына айналу нәтижесінде, жергілікті булану немесе сублимациясынан (заттың қыздырылуы кезінде қатты денеден газ тәріздес жағдайға сұйыққа айналмай өтуі) тұрады. ЭЛО-де электрондар жылдамдығы (8…17) 10⁴м/с, энергия тығыздығы 10⁸….10⁹ Вт/см² , тиімділік әрекетінің коэффициенті 75%, процесс вакуумдық камерада өтеді - вакуум 10^-5 мм сынап бағанасы.

Материалдарды ультрадыбыстық өңдеу (УЗО) механикалық өңдеудің бір түрі болып келеді. Бұл әдіс өңделетін материалдың абразивтік түйіршіктерімен, ультрадыбыстық жиілікпен тербелетін құрал соққысының астында қирауында негізделген. Энергия көзі жиілігі 16-дан 30кГц ультрадыбыстық тоқ генераторлары. Құрал тербелісті өзегі магнитострикциондық материалдан жасалған ультрадыбыстық түрлендіргіштен алады. Магнитострикциялық қасиет никельтемір, алюминийтемір қорытпаларында, ферриттерде және т.б. бар. Бұл материалдар магнит өрісі әсерінен ұзындығы және ені бойынша өлшемдерін өзгертеді. Магнитостриктер түпбетінің тербеліс амплитудасы 2…..5мкм. Толқындатқыш тербеліс амплитудасын 10…60мкм дейін көтереді.

Механикалық өңдеуде ультрадыбыстық тербелістер энергиясын қолданудың төрт аумағы белгілі: а) еркін абразивтермен ұсақ тетіктерді өңдеу; б) морт материалдарды өлшемдік ультрадыбыстық өңдеу; в) ажарлау процесі кезіндегі шарықтастарды тазалау; г) тұтқыр материалдарды қарапайым кесу процестерін жеңілдету үшін ультрадыбысты қолдану.