3.9. Методическая разработка по теме

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ № 13
Методическая разработка
«ВЛИЯНИЕ СОЖ НА ПРОЦЕСС
РЕЗАНИЯ»
1
Смазочно-охлаждающие жидкости
При резании металлов в результате затрачиваемой работы возникает теплота. Действуя на режущий инструмент, теплота размягчает его, делает менее износостойким и изменяет его размеры; под действием теплоты изменяются и размеры обрабатываемой поверхности, что снижает точность обработки.
В процессе резания металлов около 80% работы затрачивается на пластическое и упругое деформирование срезаемого слоя и слоя, прилегающего к обработанной поверхности и поверхности резания, и около 20% работы - на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца. Примерно 85- 90% всей работы резания превращается в тепловую энергию, количество которой (в зоне резания) существенно влияет на износ и стойкость инструмента, на шероховатость
обработанной поверхности.
Установлено, что свыше 70% этой теплоты уносится стружкой, 15- 20%
поглощается инструментом, 5-10% - деталью и только 1% излучается в окружающее пространство. Температура в зоне резания зависит от физико-механических
свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрических параметров режущего инструмента и применяемой смазочно-охлаждающей жидкости.
При обработке стали выделяется больше теплоты, чем при обработке чугуна. С увеличением прочности и твердости обрабатываемого материала температура в зоне резания повышается и при тяжелых условиях работы может достигнуть 1000- 1100 градусов С. При увеличении подачи температура в зоне резания
повышается, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания. Глубина резания оказывает наименьшее (по сравнению со скоростью и подачей) влияние на температуру в зоне резания. С увеличением угла резания и главного угла
в плане температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса г скругления резца - уменьшается. Применение смазочно-охлаждающей жидкости существенно уменьшает температуру в зоне резания.
2
Применение СОЖ благоприятно воздействует на процесс резания металлов: значительно уменьшается износ режущего инструмента, повышается качество обработанной поверхности и снижаются затраты энергии на резание. При
этом уменьшается наростообразование у режущей кромки инструмента и улучшаются условия для удаления стружки и абразивных частиц из зоны резания.
Наименьший эффект дает применение СОЖ при обработке чугуна и других хрупких материалов.
При работе твердосплавным инструментом на высоких скоростях резания
рекомендуется обильная и непрерывная подача СОЖ, так как при прерывистом
охлаждении в пластинах твердого сплава могут образоваться трещины и инструмент выйдет из строя. Наиболее эффективно применение СОЖ при обработке
вязких и пластичных металлов, при этом с увеличением толщины среза и скорости резания положительное воздействие СОЖ на процесс стружкообразования
уменьшается.
Выбор СОЖ зависит от обрабатываемого материала и вида обработки.
СОЖ должна обладать высокими охлаждающими, смазывающими антикоррозионными свойствами и быть безвредной для обслуживающего персонала. Все СОЖ
можно разбить на две основные группы - охлаждающие и смазочные. К первой
группе относятся водные растворы и эмульсии, обладающие большой теплоемкостью и теплопроводностью. Широкое распространение получили водные эмульсии, содержащие поверхностно-активные вещества; водные эмульсии применяются при обдирочных работах, когда к шероховатости обработанной поверхности
не предъявляют высоких требований. Ко второй группе относятся минеральные
масла, керосин, а также растворы поверхностно-активных веществ в масле или
керосине. Жидкости этой группы применяются при чистовых и отделочных работах. Также нашли применение осерненные масла (сульфофрезолы), в которых в
качестве активированной добавки используется сера.
3
Из многочисленных аспектов проблемы использования сож в обработке
материалов резанием одним из наименее разработанных является организация и
техника применения СОТС. Это вызвано тем, что основное внимание специалистов было сосредоточено на разработке новых составов СОЖ и изучении механизма их действия. Сейчас, когда производство, потребление и номенклатура
СОЖ резко возросли, когда значительно ужесточились социально-гигиенические
требования к любому производственному процессу, вопросы техники применения
СОЖ стали особенно актуальны.
Изложен комплекс основных сведений, которые могут понадобиться при
разработке и эксплуатации современных технических средств применения сож,
обобщен новейший отечественный и зарубежный опыт, приведены официальные
справочные материалы, указаны перспективные направления совершенствования
техники применения сож нашли отражение малоизученные вопросы рекуперации
сож, очистки сточных вод, содержащих отработанные сож, а также описаны замкнутые оборотные системы применения сож и способы их использования на автоматизированных станках и автоматических линиях.
Приведены оригинальные разработки авторов по вопросам контроля качества СОЖ, способам их подачи в зону резания при шлифовании. Основы применения СОЖ в машиностроительном производстве занимающихся ремонтом технических средств (фильтров, насосов, сепараторов, холодильных установок и т.
4
д.). Крупные цехи имеют собственный масло склад, в штате которого могут быть
кладовщики-учетчики, рабочие по транспортировке смазочных материалов и сост
к оборудованию, заготовитель, получающий.
Смазочное хозяйство - необходимое и важное звено в организации современного машиностроительного предприятия. Основными функциями смазочного
хозяйства являются обеспечение смазки оборудования, обслуживание гидроприводов и организация использования сож при обработке материалов.
Организация применения СОЖ расчленяется на три элемента: выбор номенклатуры и составов СОЖ; проектирование, изготовление и эксплуатация разнообразных технических средств; организация контроля и управления процессом
использования сож. Если выбор составов и номенклатуры СОЖ является функцией отделов главного технолога и снабжения, то разработка и эксплуатация технических средств применения СОЖ находится, как правило, в ведении главного
механика завода.
В пределах цеха всю работу по обслуживанию технических средств возглавляет механик цеха. На крупных предприятиях, имеющих центральные масло
склады, последние находятся в ведении отдела снабжения. Примерная схема организации смазочного хозяйства цеха. За организацию смазки оборудования и
применение сож в цехе отвечает мастер или бригадир по смазке, подчиняющийся
механику цеха.
В процессе резания выделяется большое количество тепла и значительно повышается температура в зоне контакта режущего инструмента с обрабатываемой деталью и отделяемой стружкой. При скоростном резании, когда режущий инструмент изготовляется из теплостойких материалов, нагрев играет положительную роль, так как в зоне резания происходит смягчение обрабатываемого
материала и снижение усилия резания. Однако в большинстве случаев в результате повышения температуры в зоне резания снижаются стойкость режущего ин5
струмента
и
производительность
труда.
Для улучшения отвода тепла из зоны резания и снижения коэффициента трения
применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). По своему химическому
составу и физическим свойствам СОЖ разделяются на основные 2 группы:
1)
водные растворы (электролиты), содержащие небольшое количество солей
щелочных
металлов
(например,
5—10%
кальцинированной
соды);
масляные эмульсии; масла с присадкой серы и хлорных соединений. Охлаждающая
способность
различных
видов
СОЖ
ниже
охлаждающей способности воды. Так, охлаждающая способность водных
растворов соды составляет 80—90% (в зависимости от концентрации), масляных эмульсий — 30—80%, масла — 25% охлаждающей способности
воды. Водные растворы обладают высокими охлаждающей способностью,
антикоррозионными и моющими свойствами. Они неблагоприятно действуют на окраску, шпаклевку станка и смазку подшипников.
2)
Особенно широко при токарной обработке применяются масляные эмульсии. В них масло распределено в виде малых капель, принимающих под
действием поверхностного натяжения сферическую форму. Для устойчивости таких эмульсий в их состав вводится эмульгатор — различного рода
мыло. Эмульгатор образует на поверхности капель адсорбционные пленки,
которые предохраняют капли от слипания масла с присадкой серы. Присадка серы позволяет снизить мощность, потребляемую в процессе резания,
увеличить (в большей степени, чем при применении других СОЖ) стойкость инструмента. Основными марками применяемых в настоящее время
осерненных масел являются сульфофрезол В — веретенное масло с добавкой 1,5—2,4% серы и сульфофрезол Р — соляровое масло с добавкой 0,9—
1,5%
серы.
Рекомендации по применению СОЖ для обработки различных материалов
при выполнении отдельных операций токарной обработки приведены.
6
К смазочно-охлаждающим жидкостям относятся: Ленол 10МБ, СОЖМР7. Смазочно-охлаждающие жидкости являются обязательным элементом
большинства технологических процессов обработки материалов резанием и давлением. Точение фрезерование, сверление, шлифование и другие процессы обработки резанием сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, неметаллических
конструкционных материалов, штамповка и прокатка металлов характеризуются
большими статическими и динамическими нагрузка, высокими температурами,
воздействием обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование.
В этих условия основное назначение СОЖ – уменьшить температуру, силовые параметры обработки и износ режущего инструмента, штампов и валков,
обеспечить удовлетворительное качество обработанной поверхности. Помимо
этого СОЖ должны отвечать гигиеническим, экологическим и другим требованиям, обладать комплексом антикоррозионных, моющих, антимикробных и других эксплуатационных свойств.
Применение СОЖ при обработке металлов резанием и давлением позволяет
увеличить производительность оборудования, повысить точность обработанных
поверхностей и снизить их шероховатость, уменьшить брак, улучшить условия
труда и в ряде случаев сократить число технологических операций.
Основные требования к эксплуатационным свойствам СОЖ в зависимости от
типа и условий их применения следующие:
- технологические свойства (стойкость режущего инструмента, производительность процесса обработки, качество обработанной поверхности детали и др.)
должны соответствовать требованиям технологического процесса обработки металлов;
7
- экономическая эффективность применения, в том числе взамен одной или нескольких ранее применявшихся СОЖ (с учетом технологической эффективности,
стоимости, срока службы, разницы в затратах на транспорт, хранение, приготовление, эксплуатацию, регенерацию и утилизацию);
- соответствие современным гигиеническим требованиям;
- физико-химические характеристики должны быть в пределах норм, указанных в
технических условиях на продукт.
Кроме того, к качеству СОЖ предъявляют дополнительные (сопутствующие) требования, а именно:
- отсутствие коррозирующего действия на оборудование и обрабатываемый материал;
- защитное(антикоррозионное) действие на оборудование и обрабатываемый материал;
- отсутствие разрушающего действия на лакокрасочные покрытия оборудования,
на резиновые уплотнения, пластмассовые направляющие, устройства автоматики
и
другие
элементы
металлообрабатывающего
оборудования;
- отсутствие обильного пенообразования, дыма, тумана, аэрозоли при эксплуатации;
- удовлетворительная фильтруемость;
- отсутствие отложений, пленок, затрудняющих перемещение движущихся частей
металлообрабатывающих станков;
- стабильность при хранении и транспортировании, в том числе при низких температурах;
-
удовлетворительные
моющие
свойства;-
удовлетворительная
микробиологическая стойкость и длительный срок службы водных эмульсий и
растворов СОЖ;
8
- стабильность эксплуатационных свойств СОЖ в процессе длительного применения – устойчивость к истощению;
- легкость приготовления рабочих эмульсий и растворов;
- удовлетворительная разлагаемость отработанной СОЖ при обезвреживании и
утилизации, экологическая безвредность отходов.
Все представленные СОЖ удовлетворяют вышеперечисленным требованиям.
Ленол 10МБ. Используют в виде эмульсий в обработке металлов резаньем
и давлением. Эмульсии на его основе обладают повышенным сроком службы и
антикоррозийными свойствами. В состав концентрата эмульсионного Ленол
10МБ входят минеральные и растительные масла, эмульгаторы, антикоррозийные
добавки и вода. С целью улучшения стабильности эмульсий, а также предотвращения коррозии металлов рекомендуется использовать вместо воды 0,2-0,4%-ный
раствор, кальцинированный соды. В качестве рабочей жидкости используются
эмульсии различной концентрации: на операциях шлифования – 0,5%-1,0% масс;
на операциях точения, сверления, фрезерования, зенкования, развертывания – 2,05,0% масс.;• на операциях резьбонарезания, протягивания – 5,0-10,0% масс.; при
накатке ребристых труб 10-20%.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ СОЖ ДЛЯ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКИ
Рекомендации, представленные ниже, разработаны на основе данных разработчиков и изготовителей СОЖ, обобщения информации о результатах испытаний
СОЖ организациями-потребителями и лабораторными испытательными центрами,
а также результатов многолетних системных испытаний СОЖ. Их можно рассмат-
9
ривать как ориентировочные, рассчитанные на типовые (средние) условия выполнения указанных в них технологических операций, и они не освобождают потребителей СОЖ от необходимости выбора рационального для конкретных условий
выполнения технологической операции, для участка, цеха и предприятия в целом
состава СОЖ.
СОЖ выбирают исходя, прежде всего, из физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки и вида технологических операций. При этом
учитывают изменение физико-химических свойств материалов заготовки и инструмента с повышением температуры в контактных зонах при резании, а также
ряд факторов, объединяемых понятием "условия обработки": форму, размеры и
конструктивные особенности заготовки; кинематические и динамические особенности технологической операции; требуемое качество детали или заготовки (на
промежуточной операции); форму и размеры режущего инструмента; инструментальный материал и вид резания (свободное, несвободное, прерывистое, непрерывное, прямоугольное и косоугольное), чистоту СОЖ, способ и технику подачи
СОЖ в зону обработки и др.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из чугунов.
Как показывают многочисленные исследования, при точении заготовок из
серого чугуна отечественная 3...5%-ная эмульсия Укринол-1м имеет такую же
технологическую эффективность, какой обладают хорошие зарубежные эмульсионные, полусинтетические и синтетические жидкости. По сравнению с обработкой
на воздухе (всухую) период стойкости режущего инструмента при применении
этих СОЖ возрастает в 2-3 раза независимо от материала режущей части инструмента и режима резания. Однако при сверлении отверстий в чугунных заготовках
спиральными сверлами высокоэффективные СОЖ по сравнению с обработкой
всухую увеличивают период стойкости инструмента не более, чем в 2 раза, в то
время как при сверлении отверстий в заготовках из других материалов они спо10
собствуют большему увеличению периода стойкости инструмента, что объясняется, главным образом, абразивным изнашиванием сверл.
При развертывании отверстий в заготовках из серого чугуна водные СОЖ
обеспечивают меньшие значения высотных параметров шероховатости, чем масляные, при большей скорости изнашивания разверток. При нарезании резьбы метчиками СОЖ оказывают существенное влияние на уменьшение интенсивности изнашивания метчиков по задней поверхности, на точность среднего диаметра нарезаемой резьбы: по сравнению с резьбонарезанием всухую период стойкости метчиков увеличивается до 4 раз. Особенно эффективны при этом масляные маловязкие СОЖ.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из конструкционных углеродистых
и легированных сталей.
Масляные СОЖ обеспечивают существенно большую технологическую
эффективность при точении заготовок из углеродистых и легированных сталей,
чем водные жидкости. Однако на практике, ввиду известных санитарно-гигиенических и других недостатков масляных СОЖ, часто предпочитают использовать на
этих операциях водные СОЖ в сочетании с твердосплавным инструментом, в том
числе с износостойким покрытием.
В тех случаях, когда невозможно применять СОЖ с подачей поливом, используют аэрозоли масляных СОЖ и концентратов водных жидкостей. Водные
СОЖ оказываются более эффективными по сравнению с масляными на операциях
сверления и отрезки заготовок из мало- и среднеуглеродистых сталей. Эффективность водных СОЖ с химически-активными присадками при сверлении отверстий
спиральными сверлами заметно выше, чем при точении. При глубоком сверлении,
как правило, весьма эффективны средневязкие масляные композиции с большим
количеством активных присадок.
При развертывании отверстий СОЖ оказывают одинаковое сильное влияние
11
как на интенсивность изнашивания и период стойкости инструмента (быстрорежущих разверток), так и на шероховатость, диаметральную точность и точность
формы обработанного отверстия. Зависимость износа развертки от времени работы существенно большая при использовании водных СОЖ по сравнению с масляными. При этом характер изнашивания разверток при работе с масляными и
водными СОЖ различен: при работе с масляными СОЖ наблюдается главным образом адгезионное изнашивание по задней и передней поверхностям развертки,
при использовании водных жидкостей ярко выражено абразивное изнашивание по
задней и передней поверхностям, а также ленточек развертки.
В отличие от обработки развертками из быстрорежущих сталей, когда применение водных СОЖ приводит к получению отверстий с усадкой, а применение
масляных - с диаметральной разбивкой, использование твердых сплавов для режущей части инструмента всегда приводит к получению отверстий с усадкой независимо от состава СОЖ.
При резьбонарезании более эффективны масляные СОЖ с большим количеством активных присадок (например, высококонцентрированные растворы в масляной СОЖ МР-99). При фрезеровании степень влияния различных по составу
СОЖ на изнашивание и период стойкости инструмента несколько меньше, чем при
других операциях обработки резанием. Причем в большей степени это наблюдается при обработке инструментами из быстрорежущих сталей. На операциях фрезерования эффективно применение СОЖ в виде аэрозолей по сравнению с обработкой как всухую, так и (в некоторых случаях) с подачей СОЖ поливом.
При зубонарезании наиболее эффективны масляные СОЖ: при работе на
низких и средних скоростях - без активных присадок или с небольшим их количеством, а при высокопроизводительной скоростной обработке (черновом зубонарезании) - мало- и средневязкие масляные СОЖ с присадками или водные жидкости.
При протягивании эффективны масляные СОЖ типа MP-ly, MP-7, МР-99 и водные
жидкости, аналогичные Укринол-1м.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из инструментальных сталей и
12
сплавов. При выборе СОЖ для обработки заготовок из инструментальных сталей
предпочтение отдают, как и при обработке заготовок из высокопрочных сталей,
водным и масляным СОЖ с большим содержанием активных присадок.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов. Обрабатываемость заготовок из коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов, как правило,
намного ниже, чем из конструкционных углеродистых и легированных сталей, которые отличаются также существенно меньшими значениями тепло- и температуропроводности. Превалирующим видом изнашивания инструмента при лезвийной
обработке заготовок из этих материалов является адгезионно-усталостное.
Наибольшее применение при этом находят СОЖ с высокими смазочными свойствами и, как правило, с большим содержанием противозадирных и противоизносных присадок. Вязкость СОЖ следует выбирать с учетом способа ее подачи. На
предварительных переходах и операциях широкое применение получили водные
СОЖ, а также широкоуниверсальная эмульсия Укринол-1м, при окончательной
обработке - масляные средневязкие СОЖ типа МР-6, МР-7, МР-99.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из высокопрочных сталей
Высокопрочные стали используют для изготовления широкого круга деталей относительно небольших размеров и массы. Кроме высокопрочных среднелегированных конструкционных сталей в последние годы находят широкое применение высокопрочные коррозионностойкие стали, в том числе мартенситностареющие. Особенно важное значение для обеспечения выносливости деталей из высокопрочных сталей имеет шероховатость поверхности после механической обработки. В связи с этим обработку заготовок из таких сталей выполняют лезвийными инструментами с применением СОЖ, обеспечивающих минимально возможные высотные параметры шероховатости.
На операциях предварительной обработки используют в основном те же
13
водные СОЖ, что и при обработке заготовок из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, а при окончательной обработке и при изготовлении деталей в стесненных условиях (зубо- и резьбонарезании, развертывании, глубоком
сверлении и др.) -средневязкие масла типа МР-99.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из титановых сплавов
Титановые сплавы, благодаря своим уникальным свойствам, находят все
более широкое применение в качестве конструкционных материалов не только в
аэрокосмической, судостроительной и химической отраслях промышленности, но
и на различных предприятиях машино- и приборостроения, например, в автомобилестроении. По обрабатываемости резанием титановые сплавы близки к коррозионно-стойким и жаропрочным сталям и сплавам. Высокая прочность и чрезвычайно низкие значения теплопроводности и температуропроводности (примерно в
4-5 раз меньшие, чем у малоуглеродистых сталей) часто становятся причинами интенсивного тепловыделения в зоне резания, а, следовательно, структурно-фазовых
превращений в поверхностном слое материала.
Обработка заготовок из титановых сплавов сопряжена с опасностью образования растягивающих остаточных напряжений первого рода и усталостных трещин. СОЖ оказывают сложное и неоднозначное влияние на процессы, происходящие при лезвийной обработке заготовок из титановых сплавов, которое зависит
не только от условий обработки резанием, но и от химического состава и структурно-фазового состояния поверхностного слоя заготовок, а также от количества
СОЖ, находящейся в контактной зоне при обработке.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из алюминиевых сплавов.
При обработке заготовок из алюминиевых сплавов велика вероятность образования на режущих кромках инструмента нестабильного нароста, что оказывает
значительное влияние на качество поверхностного слоя обработанных заготовок
или деталей и, особенно на параметры шероховатости поверхности. Учитывая, что
14
в настоящее время обработка заготовок из алюминиевых сплавов выполняется, как
правило, на высоких скоростях резания, соизмеримых с рабочими скоростями
шлифования, увеличивается теплосиловая напряженность процесса обработки. В
связи с этим при выборе СОЖ для обработки резанием заготовок лезвийными инструментами стремятся выбрать составы, обеспечивающие минимальную вероятность наростообразования и хорошее охлаждающее действие.
При предварительной обработке широко используют водные СОЖ, причем с
повышением требований к качеству обработанной поверхности увеличивают концентрацию эмульсий или применяют маловязкие масла типа МР-4. Следует учитывать, что обрабатываемость резанием заготовок из алюминиевых сплавов улучшается с увеличением степени их легирования и повышением твердости.
СОЖ для лезвийной обработки заготовок из медных сплавов
Лезвийная обработка заготовок из чистой (электротехнической) меди встречается редко ввиду большой ее вязкости. Если возникает такая необходимость, то
предварительно заготовку подвергают закалке. Однако сплавы на основе меди латуни и бронзы являются распространенными конструкционными материалами,
из которых резанием лезвийными инструментами изготовляют детали широкой
номенклатуры в различных отраслях машиностроения. Медные сплавы различны
по механическим свойствам и обрабатываемости, которая колеблется от весьма
высокой (автоматные латуни, свинцовистые бронзы) до очень низкой (электролитическая медь, бериллиевая бронза).
При обработке свинцовистых латуней и бронз образуется элементная легко
удаляемая стружка. Обрабатываемость медных сплавов снижается с уменьшением
скорости резания (с одновременным увеличением сил резания), а также при переходе элементной стружки в сливную, жесткую, трудно удаляемую из рабочей
зоны, что приводит к резкому ухудшению качества обработанных заготовок. На
операциях предварительной обработки заготовок используют эмульсионные СОЖ
типа Укринол-1м (3...20 %). Концентрацию водных СОЖ увеличивают с повыше15
нием требований к качеству (шероховатости) поверхностного слоя. При окончательной обработке находят применение масляные маловязкие СОЖ типа МР-2у,
которую широко используют при сверлении (в том числе глубоком) и зубообработке.
В практике машиностроения наиболее часто СОЖ подается в зону резания
поливом в виде свободно падающей струи. На рис.12.1. представлен пример практической реализации схемы подачи СОЖ на токарном станке (вид сзади)
Рис.1 – Система подачи СОЖ на токарном станке.
Смазочно-охлаждающая жидкость из емкости в левой тумбе станка насосом через гибкий шланг подается в трубопровод с пробковым краном и сопловым
насадком. Из сполового насадка СОЖ подается свободно падающей струей на
режущий инструмент и обрабатываемую деталь.
Количество подаваемой в зону резания СОЖ регулируется с помощью
пробкового крана. Использованная СОЖ стекает в корыто и сливается в емкость,
к насосу. Давление жидкости в магистрали ее подачи должно быть достаточным
для подъема жидкости до уровня положения соплового насадка. Обычно оно
находится в пределах от 0,02 до 0,05 МПа и обеспечивается насосом. Количество
16
подаваемой в зону резания СОЖ зависит от вида ее основы (водная или масляная), вида выполняемой операции и напряженности режима резания. На универсальных станках весом до 10 т жидкость подается в количестве от 2 до 20 л/мин.
В некоторых случаях механической обработки (на многошпиндельных автоматах,
зубообрабатывающих станках и других) поток СОЖ используется одновременно
и для уноса стружки. Количество СОЖ для этих случаев рассчитывается по
опытно-статистическим формулам.
Рис. 2 – Сопловые насадки для подачи СОЖ поливом.
На разных технологических операциях в зависимости от вида, размеров и
конструкции используемого инструмента и желаемой ширины охвата зоны резания струей СОЖ применяются сопловые насадки различного вида. Особенности
их конструкций показаны на рис.2. Сопловые насадки системы подачи СОЖ на
токарных станках представляют собой металлическую трубку с конусным концом
на выходе для формирования струи СОЖ и уменьшения ее разбрызгивания.
17
Насадки для сверлильных станков (рис.2.а) имеют обращенный в сторону режущего инструмента косой срез, обеспечивающий подачу СОЖ на инструмент вдоль
его оси. Насадки для фрезерных и зубообрабатывающих станков (рис. 2, б и г)
обеспечивают подачу СОЖ плоской широкой струей. При многошпиндельной обработке применяются сопловые насадки (рис.2.в) с гибкой частью “А” позволяющей изменять положение насадка и направление струи СОЖ относительно режущего инструмента. Для подачи СОЖ в зону обработки шириной более 100 мм
применяются сопловые насадки (рис. 2, д) в виде трубки с расположенными на
одной линии боковыми отверстиями диаметром 5…6 мм.
При необходимости более интенсивного охлаждения режущих инструментов применяется их внутреннее охлаждение, заключающееся в пропускании СОЖ
по внутренним каналам в теле инструмента. Наиболее часто внутреннее охлаждение применяется в осевых инструментах типа сверл, зенкеров, разверток, протяжек, метчиков и иных подобных инструментах, но может применяться и в любых
других инструментах. На рис.3. показаны резцы с
Рис. 3 – Резцы с внутренним охлаждением.
внутренним охлаждением. В теле 1 резца имеется полость, поверхность которой
покрыта пористым материалом (рис. 3, а), смоченным охлаждающей жидкостью.
18
При резании жидкость в режущей части резца испаряется и конденсируется в “холодной” зажимной части резца. По пористому материалу 2 она вновь поступает к
режущей части. Резцы могут иметь замкнутую (рис. 3, б) и проточную (рис.3, в)
полости.
Способы активации СОЖ
Эффективность действия СОЖ зависит от их химического состава, путем
изменения которого можно регулировать взаимодействие СОЖ с инструментальным и обрабатываемым материалами. К настоящему времени наработано множество составов СОЖ, эффективно действующих при резании различных групп металлов и материалов. Другим путем повышения эффективности действия подаваемых поливом СОЖ является их активация внешними энергетическими воздействиями.
Механическая активация может осуществляться путем интенсивного перемешивания СОЖ в течении установленного времени или путем пропускания ее
через ультразвуковой активатор.
Термическая активация заключается в нагревании жидкости до температуры близкой к температуре ее кипения, в результате которого уменьшается вязкость жидкости и увеличивается ее проникающая и реакционная способность.
Недостатком этого способа является необходимость нагревания СОЖ в ходе выполнения технологической операции, непосредственно на рабочем месте, что требует повышенных мер предосторожности и ухудшает санитарно-гигиенические
условия работы оператора.
Облучение СОЖ ультрафиолетовыми лучами производится под ртутнокварцевыми лампами, в тонком слое жидкости, стекающей по лотку. В результате
облучения СОЖ улучшаются ее смачивающие свойства, усиливается ее способность к образованию прочных смазочных слоев на поверхностях трения.
19
Магнитная активация происходит при протекании СОЖ через магнитное
поле постоянных магнитов или электромагнитов. Такому виду активации подвергаются жидкости на водной основе.
Электрохимическая активация гальваническими элементами осуществляется с помощью специального соплового насадка, устанавливаемого на выходе
СОЖ из системы ее подачи. Насадок представляет собой трубку с установленными в ней перфорированными дисками из разнородных металлов. Такому виду
активации могут подвергаться жидкости на водной основе, обладающие свойствами электролита. Способ не требует подвода электроэнергии и изменения системы подачи СОЖ. Насадок прост по своему устройству и легко устанавливается
на станке. Активация СОЖ происходит в результате образования в ней перекиси
водорода под влиянием электролитического выделения кислорода из воды и
насыщения ее ионами металла анода.
Пропускание электрического тока через жидкость приводит к ее нагреванию и термической активации, насыщению ее кислородом и ионами металла
анода. Производится в сопловом насадке с одной или несколькими парами электродов.
Способы подачи СОЖ в зону резания
Способ подачи СОЖ поливом свободно падающей струей прост и удобен,
привычен и традиционно широко применяется при обработке материалов на металлорежущих станках. Однако, в практике машиностроительного производства
есть много случаев где применение СОЖ поливом неудобно или недостаточно
эффективно и обработка резанием ведется “всухую”. Так, например, полив СОЖ
не применяется на тяжелых продольно-строгальных, карусельных, продольнофрезерных и других станках из-за вымывания смазки с их направляющих. При
обработке по разметке полив не применяется, так как струя СОЖ закрывает разметку.
20
При обработке чугунных заготовок образующаяся стружка сильно загрязняет рабочее место и слеживаясь затрудняет ее уборку. Анализ работы машиностроительных предприятий показывает, что число операций, где резание ведется
“всухую”, в массовом производстве составляет 10…30%, в серийном производстве 30…40%, в индивидуальном – 40…60%, а на предприятиях тяжелого машиностроения – до 90% от общего числа операций механической обработки. Поиски
путей повышения эффективности механической обработки привели к разработке
новых более эффективных или удобных способов подачи СОЖ и новых технологических сред.
В 1952 году предложена подача СОЖ в виде пены, которая образуется в результате продувания объема СОЖ сжатым воздухом и подается в зону обработки
тем же путем, что и жидкость при ее поливе. Пена действует в зоне резания менее
эффективно, чем струя СОЖ, коэффициент повышения стойкости находится в
пределах 1,2 – 1,5. Пена не растекается так свободно по поверхностям обрабатываемой заготовки и деталей станка, не разбрызгивается и потому меньше загрязняет рабочее место. Этот метод рекомендуется применять при обработке несимметричных деталей, выступающие части которых отбрасывают или сбивают подаваемую поливом струю СОЖ, или в других случаях, где применение более эффективных способов подачи СОЖ неудобно или невозможно по каким-либо причинам.
В начале 50-х годов разработан и исследован способ охлаждения и смазки
зоны резания высоконапорной струей жидкости. При этом способе СОЖ подается в зону резания со стороны задней поверхности резца в виде тонкой струи под
давлением 20 – 30 атмосфер. Первые работы по исследованию эффективности
этого метода показали, что он позволяет многократно повысить стойкость режущего инструмента по сравнению с резанием при поливе СОЖ. Дальнейшие исследования этого метода были посвящены изучению влияния скорости истечения
21
струи, расхода жидкости, ее температуры и других параметров, на стойкость режущего инструмента.
Менее эффективным по сравнению с высоконапорным струйным методом
охлаждения, но более удобным, технологичным и перспективным является способ
охлаждения и смазки зоны резания распыленной жидкостью. Он был впервые
предложен в 1944 году новосибирским инженером Г.И. Покровским. В своей статье автор, отметил, что этот способ “… несомненно, заслуживает большого внимания”. Однако, в то трудное военное время методу не было уделено должного
внимания и только лишь спустя десятилетие он был вновь изучен, разработан и
взят в арсенал средств повышения эффективности резания металлов. Сущность
метода охлаждения и смазки распыленной жидкостью заключается в том, что
СОЖ распыливается в специальном распыливающем устройстве сжатым воздухом и подается в зону резания в виде воздухо-жидкостной смеси. Для образования
воздухо-жидкостной смеси используются специальные распылительные установки разных конструкций.
22