Резание материалов

Исходным моментом при решении вопроса о составе среды, способном дать положительный эффект, является отчетливое представление о том, какое воздействие на данной операции или на иной группе операций должны оказывать СОТС.

Анализ литературных источников позволил сделать заключение, что в настоящее время в промышленном масшта-

бе в основном освоено применение лишь θ2 – охлаждение туманом; масляных и водосмешивающих СОТС, θ3 – охлаждение поливом

дающих наибольший эффект в повышении производительности труда и улучшении качества обработанной поверхности (табл. 5).

Большой интерес представляет группа СОТС, не вошедших в справочную литературу, находящихся в стадии опробования, на которые получены авторские свидетельства. Эти среды создавались с учетом самых современных представлений о механизме их действия, вводимые в состав СОТС различные присадки способны оказывать одновременно несколько действий на обрабатываемый материал. Так, разработанную в Ивановском университете СОЖ, в состав которой входят роданистый аммоний 18…23 %, роданистый натрий 5…11 %, спирт этиловый 28…30 %, триэтаноламин 3…10 % и остальное – вода, использовали при точении молибдена. Роданистый аммоний и натрий, входящие в состав СОТС, попадая в зону резания, под действием энергетических воздействий разлагаются на активные радикалы роданида аммония и натрия. Роданидная группа обладает способностью образовывать комплексные соединения с молибденом, создавая защитные пленки на поверхности металла, которые препятствуют адгезии в зоне контакта резец–стружка и снимают внешнее трение в системе. Наличие в композиции аммонийной группы приводит к охрупчиванию молибдена, облегчая процесс сдвиговых деформаций. Ионы натрия действуют двояко: и как поверхностно-активные

171

Продолжение табл. 5

вещества, и как катализаторы процесса комплексообразования. Спирт этиловый предназначен для улучшения смачивающей, проникающей и охлаждающей способности СОТС, снижает температурные нагрузки на режущий клин. Триэтаноламин выполняет функции ингибитора коррозии. В Ивановском государственном университете занимаются также разработкой присадок к СОТС в виде микрокапсул (МК). Придание среде многофункциональности действия при помощи присадок позволяет: регулировать температурный порог поступления присадки в контактную зону «резец–обрабатываемый материал» за счет заданной термостойкости оболочки МК 15; обеспечить совместное действие двух или нескольких присадок, не совместимых в растворенном виде, в том числе через введение присадок не только в объем МК, но и в состав ее оболочки; снизить уровень вредных выделений в зону обслуживания; обеспечить введение биоцидов в ионном виде путем поступления присадки через полупроницаемую оболочку МК в объем жидкости; при регенерации и утилизации СОТС удалять остатки непрореагировавшей присадки за счет отфильтровывания МК; предохранять оборудование и магистрали среды от коррозионного воздействия присадки.

В СКТБ медицинской техники производственного объединения «Росмедприбор» разработано СОТС для механической обработки металлов, в состав которого входит эмульсия на основе нефтяных масел 0,3…0,5 %, мочевина 0,3…1,6 %, молибденово-кислый натрий 0,1…0,6 %, остальное – вода.

Иркутским институтом органической химии, Иркутским политехническим институтом и Иркутским педагогическим институтом рекомендуется СОТС 13 для механической обработки металлов, содержащее неполную железную соль полиакриловой кислоты 0,5…3,0 %, едкий натр 0,2…2,0 %, кальцинированную соду 0,5…1,0 % и остальное – вода.

Хозрасчетным творческим центром при Уфимском государственном авиационном техническом университете разработан ряд новых оригинальных СОТС для механообработки, сумевших заменить аналогичные зарубежные марки. Перечислим их.

175

1.«Росойл-101» – средневязкое масляное СОТС на основе минеральных масел. В настоящее время используется на операциях чистовой вырубки, листовой штамповки углеродистых и нержавеющих сталей, холодной высадки, протягивания и лезвийной обработки металлов. Благодаря высоким противозадирным свойствам существенно снижает износ металлообрабатывающего инструмента и превышает по качеству зарубежные смазки «Куртис-55» и «РТ-15» (Швейцария).

2.«Росойл-305» – маловязкое минеральное масло, легирован-

ное противоизносными и моющими присадками. Предназначено для лезвийной и абразивной обработки металлов и сплавов. Является аналогом смазки «ОСМ-1». Разрабатывалось по заказу АО «АвтоВАЗ».

3.«Росойл-320» – средневязкая масляная СОЖ с повышенными противозадирными свойствами. Предназначена для раздачи алюминиевых труб и лезвийной обработки сталей и сплавов. Разрабатывалась по заказу ОАО «ДААЗ», г. Димитровград.

4.Эмульсол «Росойл-500» – водоэмульсионная СОЖ на базе минеральных масел. Применяется в виде 3…10%-ной водной эмульсии для металообработки, а также в качестве ингибитора коррозии для

5.Эмульсол «Росойл-503» – сложная композиция на базе минеральных масел и функциональных присадок. Универсальная СОЖ для тяжелонагруженных операций обработки давлением и механообработки. Может использоваться как в виде концентрата, представляя собой высокоэффективную масляную СОЖ, так и в виде 3…15%-ной водной эмульсии. И концентрат, и эмульсия обладают высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. Разрабатывалась по заказу УМПО, г. Уфа.

6.«Росойл-ОСМ-3» – маловязкое минеральное масло с моющими, противозадирными и антифрикционными присадками. Предназначено для лезвийной и абразивной обработки металлов и спла-

176

вов. Является аналогом смазки «ОСМ-3». Разрабатывалось по заказу АО «АвтоВАЗ».

7.«Росойл-ОСМ-5» – средневязкое минеральное масло с противоизносными и противозадирными присадками. Используется на различных операциях механообработки. Является аналогом смазки «ОСМ-5». Разрабатывалось по заказу АО «Ижмаш».

8.«Росойл-ИСЭ-25» – средневязкое минеральное масло с высокими моющими свойствами, легко удаляемое с поверхности металла. Применяется на операциях зубообработки, а также в качестве основы противопригарной краски для литейных полуформ. Разрабатывалось по заказу АО «АвтоВАЗ».

9.«Росойл-23М» – присадка к минеральным маслам, используемым в механообработке. Является аналогом присадки «ЛЗ-23М»

сповышенными противозадирными, противоизносными и антифрикционными свойствами. Разрабатывалась по заказу АО «АвтоВАЗ».

10.«Росойл-1МИО» – масляная СОЖ, предназначенная для операций шлифования стали. Представляет собой аналог «ЛЗ-СОЖ- 1МИО» с более высокими противозадирными и противоизносными свойствами. Разрабатывалась по заказу АО «АвтоВАЗ».

11.Паста технологическая «Шлиф» – однородная парафинообразная масса без комков и механических включений. Предназначена для абразивной обработки металлов (смазывания абразивной ленты). Является аналогом технологической пасты «Натронал-1М». В настоящее время используется на Волжском автозаводе на операциях полировки декоративных накладок. Выпускается в виде брикетов и карандашей.

Использование вышеперечисленных СОТС повышает стойкость инструмента, производительность труда, улучшает качественные характеристики обрабатываемых материалов. Однако наличие в средах солей и мыла различных кислот, соединений хлора, кальцинированной соды и других химически активных присадок может оказать вредное воздействие как на станочника, работающего непосредственно с ними, так и через испарения в окружающую среду в целом и на оборудование. Отходы этих СОТС экологически вредны. Наиболее

177

приемлемое использование данных технологических средств – на станках с ЧПУ, при работах, где используется «безлюдная» технология обработки деталей.

Интересные эксперименты по использованию твердых присадок к смазкам проводились и проводятся в ряде институтов страны.

Попытка использования в качестве СОТС легкоплавких металлов показала их способность воздействовать на процессы механической обработки через эффект Ребиндера. Физический смысл эффекта сводится к тому, что компенсация обнажающихся в ходе разрушения новых связей родственными атомами легкоподвижной среды облегчает разрыв таких связей, т.е. облегчает развитие новой поверхности. Главным условием, определяющим эффективность использования эффекта Ребиндера, является специфическая родственность среды (сходство в химическом составе и строении). Практически для всех типов твердых тел существуют родственные среды. По отношению к металлам сильно поверхностно-активными средами оказываются расплавы ртути – для цинка и латуни; галлия – для алюминия и его сплавов; висмута – для меди и бронз; цинка – для железа и сталей; кадмия – для титана; цинка и олова – для жаропрочных сплавов и сталей.

Так, анализ работ, проведенных в Московском институте физической химии при сверлении жаропрочных сталей и сплавов, таких как У8, 1Х18Н9Т, ЖС6К, ВТ-6, ВТ-14, ВТ-20 и т.д., показал, что ис-

пользование в качестве среды расплавов легкоплавких металлов уве-

личивает стойкость инструментов до 30 раз по сравнению с обработкой всухую, существенно снижает температуру в зоне резания (на 400…500 °С), что способствует увеличению режимов обработки и повышению производительности труда, качество обработанной поверхности не ухудшается.

В Чувашском государственном университете созданы СОТС нового класса – синтетические среды для скоростного резания металлов, где в качестве термостойких присадок введены комплексные соединения металлов. Широкие исследования ряда составов этого класса позволили выделить два из них – Сувар 1 и Сувар 2, показав-

178

шие высокие технологические свойства – двух-трехкратное повышение стойкости резцов на скоростях резания 2,5 м/с и более – при обработке конструкционных сталей.

Аналогичные работы по созданию новых присадок к СОТС проводятся и в Уфимском государственном авиационном техническом университете на кафедре «Автоматизированные технологические системы». Так, для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе (ЖС6У, ЖС6УВИ) и титановых сплавов (ВТ-22, ВТ-25У и др.) предложено в качестве присадок к СОТС использовать мелкозернистый порошок меди (4 %) с величиной зерна не более 0,005 мм. Применение вышеназванной присадки позволило повысить стойкость инструмента в 1,3…1,5 раза, качественные характеристики обработанной поверхности (шероховатость, остаточные напряжения, глубина и степень наклепа) улучшаются в 1,1…1,3 раза по сравнению с обработкой при использовании обычных СОТС (см. табл. 5).

Разработка многофункциональных синтетических сред имеет большие перспективы, так как с помощью таких СОТС можно успешно решать технологические задачи, управлять контактными процессами, от которых зависят стружкозавивание, качество обработанной поверхности, стойкость инструмента и производительность обработки.

Влияние смазочно-охлаждающих технологических средств на процесс резания металлов обусловливается, прежде всего, совместным проявлением их смазочного, охлаждающего и моющего действия.

Смазочное действие СОТС. Обычно смазочное действие СОТС сводят к уменьшению трения на передней и задней гранях инструмента. Однако еще не создана общепринятая теория, объясняющая механизм действия среды. Отечественными и зарубежными учеными выдвигается ряд гипотез и теорий, объясняющих механизм действия СОТС при резании металлов. В работах Ребиндера и его сотрудников показано, что в условиях высоких контактных давлений наличие в смазке поверхностно-активных компонентов (органических кислот, мыл, спиртов, расплавов металлов), адсорбирующихся на новых участках поверхности, обеспечивает невытесняемость смаз-

179

ки и производит пластификацию поверхностных слоев. В.Н. Латышев приводит теорию «каталического распада», согласно которой молекулы внешней среды под действием силового поля ювенильных поверхностей, образующихся при резании, разрушаются с образованием атомов, диффундирующих в деформируемый металл. В результате этого процесса металл в зоне деформации быстрее достигает предельной прочности (охрупчивается) и разрушается при меньшей затрате энергии. Теория основана на механизме ограничения контактной длины между стружкой и передней поверхностью резца. Авторами другой работы была сформулирована гипотеза о том, что смазочный эффект при резании металлов обеспечивается за счет разделения контактных поверхностей третьим телом с вырожденной кристаллической решеткой, когда уменьшение протяженности кристаллической решетки уже не обеспечивает регулярности структуры. Такое состояние вещества характеризуется как мезаморфное. Большинство специалистов в области механообработки и трения считают, что при резании металлов активные в химическом отношении поверхности резца и стружки вступают в химическую реакцию с компонентами смазочного материала, в результате чего образуются защитные пленки, экранирующие силы адгезии между ювенильными поверхностями.

Охлаждающее и моющее действие СОТС. Охлаждающее дей-

ствие СОТС имеет ясную и однозначную трактовку: непосредственный результат охлаждающего действия заключается в изменении температурного поля системы твердых тел (инструмент, заготовка и стружка), взаимодействующих при резании. Среда с высокими охлаждающими свойствами уменьшает температуру при резании за счет теплоотвода на 100…150 °С, а расплавы легкоплавких металлов – на 400…500 °С. Моющее действие СОТС обеспечивает непрерывное удаление из зоны обработки продуктов изнашивания инструмента, мелкой стружки, карбидов и т.д. Следствием повышения моющего действия сред является увеличение количества жидкости, подаваемой в зону резания в единицу времени, и увеличение скорости потока.

180