Защитное и упрочняющее действие.
СОТС способствует повышению эксплуатационных характеристик деталей. Высоким защитным действием обладают, в частности, инертные газы. Обработка в их атмосфере титановых сплавов предохраняет поверхностный слой от разупрочнения в результате диспергирования в него атомов азота, водорода, кислорода. Это существенно повышает прочность сплавов при циклических нагрузках. В ряде случаев путем правильного подбора компонентов технологической среды можно нанести на поверхность детали пленку ингибиторов коррозии.
При использовании некоторых СОТС обеспечивается упрочнение поверхностного слоя детали в результате измельчения внутризеренной структуры его кристаллической решетки в поверхностно-активной среде.
12.3. Разновидности технологических сред
Номенклатура технологических сред, используемых при обработке металлов резанием, чрезвычайно разнообразна. Среди них жидкие, твердые и газообразные вещества.
К жидким технологическим средам по современной классификации относятся водные растворы органических и неорганических веществ; растворы эмульсолов, образующих в воде грубые дисперсии или микроэмульсии; масла различной вязкости; быстроиспаряющиеся жидкости; расплавы металлов, солей и других веществ.
Наиболее распространенными являются жидкие среды на основе концентратов типа «Укринол», «Аквол», эмульсолов, масляных жидкостей серий ОСМ, ЛЗ и В, а также масел серии MP .
|
|
|
В состав жидких технологических сред входят присадки на основе животных или растительных жиров, органических кислот; содержащие соединения серы, фосфора, галогенов и других активных элементов, а также растворимые полимеры, комплексные металлоорганические соединения и другие вещества. Использование присадок оказывает многостороннее действие на физические процессы, происходящие в зоне резания.
Жидкие среды используются при всех видах лезвийной и абразивной обработок, снижая интенсивность изнашивания, уровень сил резания, повышая качество обработанной поверхности. Рекомендации по их применению приведны в справочной литературе с учетом обрабатываемого материала, вида обработки и процентного содержания концентрата в воде.
Расплавы легкоплавких металлов являются эффективными технологическими средами, позволяющими обрабатывать высокопрочные материалы, не поддающиеся резанию с другими СОТС, или материалы с низкой обрабатываемостью. Расплавы способствуют уменьшению сил резания и интенсивности изнашивания инструментов, причем зависимость Т — v имеет экстремальный характер. Эффективность действия расплавов с ростом скорости резания снижается. Это связано с затруднением попадания расплава в зону разрушения и достижением предела теплостойкости инструментального материала.
|
|
|
Наряду с высокими смазочными и охлаждающими свойствами, особенностью металлических расплавов является их способность вызывать снижение прочности обрабатываемого материала в результате снижения поверхностной энергии на межфазной границе. Например, при сверлении труднообрабатываемых материалов жидкий поверхностно-активный металл влияет на характер стружкообра-зования, изменяя пластичность срезаемого слоя. Стружка при этом резко измельчается и приобретает форму мелких иголочек шириной около 0,1 мм, взвешенных в жидком металле.
В качестве жидких расплавов используют сплавы Вуда, олово + цинк, олово + свинец, висмут + кадмий, кадмий и другие металлы. Общими недостатками использования расплавов являются необходимость подогрева среды и обеспечения минимально допустимой подачи расплава в зону резания. Поэтому иногда вместо жидкометаллических сред применяют суспензии порошков металлов. В качестве среды для приготовления суспензии можно использовать масла или водоэмульсионные СОТС.
Промежуточное место между твердыми смазочными материалами и маслами занимают пластичные смазочные вещества, или пасты. Они состоят из двух компонентов: жидкой основы (масел различных видов) и загустителя. Кроме того, в состав паст входят различные присадки и наполнители, как, например, графит, дисульфид молибдена, порошкообразные металлы,, которые повышают смазочные и другие свойства паст.
|
|
|
Характерные для них условия работ — малые скорости резания, при которых достаточно периодического смазывания инструмента. Сюда, в частности, относятся нарезание резьб, протягивание, развертывание, полирование и т. д. Пасты применяют на оборудовании, где отсутствует система охлаждения, а также в тех случаях, когда по технологическим или санитарно-гигиеническим условиям невозможно применение жидких сред.
В этих же случаях используют твердые смазочные материалы. Наибольший эффект достигается при обмазке ими лезвий сложного фасонного режущего инструмента, например протяжек, червячных фрез, резцовых головок, метчиков. Нанесенная пленка должна иметь достаточную механическую прочность, высокую адгезию, эластичность и образовывать на поверхности металла непрерывный слой. Для введения твердых смазочных материалов в зону обработки используют специальные брикеты или карандаши, распыление, окунание в суспензии.
|
|
|
Широкое распространение среди твердых смазочных материалов получил дисульфид молибдена, но можно использовать и другие вещества — графит, йодиды, сульфиды и селениды металлов, нитрид бора и др. Смазочное действие в этом случае обеспечивается за счет своеобразной структуры этих материалов. Их кристаллическая решетка состоит из множества параллельных слоев. Связь между атомами внутри слоя значительно сильнее, чем между атомами, расположенными в соседних слоях. В результате слои легко скользят друг относительно друга.
Использование твердых смазочных материалов иногда лимитируется химическими реакциями, происходящими при высоких температурах. Например, при температурах свыше 400 °С дисульфид молибдена MoS2 превращается в MoS3) имеющий не смазывающие, а абразивные свойства.
Газообразные технологические среды применяются в тех случаях, когда по условиям технологического процесса не допускаются к применению жидкие. При высоких скоростях резания газы обладают значительно большей проникающей способностью, чем жидкости. Они оказывают влияние на процессы, происходящие на контактных площадках, особенно при резании труднообрабатываемых материалов. Газовые среды могут обладать защитным или смазочным действием. В первом случае используются инертные газы (гелий, аргон). При обработке материалов, имеющих большое химическое сродство с кислородом и азотом, например титановых сплавов, на обработанной поверхности образуется охрупченный слой, и сопротивление деталей усталости резко снижается. Резание в среде аргона позволяет значительно повысить прочность деталей из титановых сплавов при переменных нагрузках.
В отличие от инертных активные газы (сероводород, хлор, кислород, углекислый газ) образуют на поверхностях заготовки и инструмента защитные пленки, снижающие интенсивность изнашивания и наростообразова-ния и шероховатость обработанной поверхности.
В отдельных случаях газовые СОТС применяют в сжиженном виде для глубокого охлаждения обрабатываемых материалов. При этом металл переводится из вязкого в хрупкое состояние, резко уменьшается работа пластической деформации. Глубокое охлаждение особенно эффективно при обработке труднообрабатываемых и вязких сталей.
12.4. Способы подачи технологической среды в зону резания
При подаче СОТС в зону резания она практически мгновенно попадает на площадки контакта рабочих поверхностей инструмента со стружкой и деталью. Проникновение это происходит под влиянием сил химического взаимодействия и через сеть субмикроскопических трещин и капилляров в зоне стружкообразования и на контактных площадках. Так, плексигласовый резец с полированными поверхностями может резать олово, свинец и другие мягкие материалы. Если нанести каплю окрашенной воды сбоку от места контакта стружки с передней поверхностью резца, можно заметить, как жидкость, быстро всасываясь, проникает в зону контакта и смачивает поверхности контактных площадок. Проникновение СОТС активизируется в результате колебательных процессов в зоне резания, а также образования и срыва частиц нароста — в момент срыва нароста на мгновение образуется вакуум, в который засасывается технологическая среда.
Эффективность применения СОТС и экономические показатели ее использования в значительной степени определяются способом ее подвода в зону обработки. Наибольшее разнообразие их используется при подаче смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ)
1. Подача струей (поливом) (рисунок 62).
Самое широкое распространение получила подача СОЖ поливом под давлением 0,02...0,03 МПа, что объясняется в первую очередь простотой реализации способа. Его эффективность зависит от расхода СОЖ, размеров, формы и траектории струи. Последняя в любом случае должна перекрывать всю зону контакта инструмента с заготовкой.
Рисунок 62 – Схема подачи СОЖ свободно падающей струей (поливом)
При использовании указанного метода подачи СОЖ необходимо соблюдать следующие требования:
1) жидкость должна подводиться непрерывной струей, начиная с первого момента резания;
2) расход жидкости должен быть достаточно большим, но не выше 15 л/мин, так как его дальнейшее увеличение нецелесообразно. С повышением давления жидкости период стойкости инструмента увеличивается, но до определенного предела. При различных видах обработки требуется разный расход охлаждающей жидкости. Так, например, при точении и сверлении рекомендуется подводить 10...12 л/мин жидкости, фрезеровании — 10...20, черновых зуборезных работах — 8... 10, чистовых — 2...3, нарезании резьбы плашками с охлаждением сульфофрезолом — 3...4, при протягивании — 10... 12 л/мин;
3) характер подвода, направление и форма струи должны быть отрегулированы в соответствии с проводимой обработкой. Например, при нарезании резьбы с большой скоростью СОЖ должна подаваться обильной струей. Струю направляют в то место, где отделяется стружка. Это позволяет отводить наибольшее количество теплоты;
4) необходимо следить за состоянием и расходом СОЖ, своевременно менять и доливать ее в баки. Предельный срок работы эмульсии при обработке стали достигает 30, а чугуна и латуни — 15 дней.
Подача под давлением
Подача СОЖ под давлением 0,1...2 МПа через сопловые насадки применяется в целях увеличения расхода СОЖ, проходящей через зону обработки, и вымывания из этой зоны стружки. Последнее особенно важно для автоматизированного оборудования. Разновидностью подачи СОЖ под давлением является струйно-напорный способ. В этом случае тонкую струю СОЖ направляют в зону контакта инструмента с заготовкой со стороны задней поверхности лезвия (рисунок 63). Эффективность подачи СОЖ под давлением значительно выше, чем при поливе, однако этот способ значительно сложнее и дороже. Подача жидкости осуществляется с помощью насосов через фильтр и гибкий шланг с насадкой, имеющей отверстие диаметром 0,4...0,6 мм. Расстояние от выходного отверстия до лезвия резца должно быть как можно меньше, чтобы уменьшить рассеивание струи. К недостаткам высоконапорного охлаждения следует отнести необходимость точного и непрерывного попадания струи в зону резания, сложность защиты от брызг, необходимость оснащения станка специальным насосом.
Рисунок 63 – Схема подачи СОЖ под давлением через сопловые насадки
При таком виде охлаждения период стойкости резцов из быстрорежущей стали возрастает в 3—7 раз по сравнению с использованием обычного охлаждения и в 10—20 раз по сравнению с точением всухую. Применение высоконапорного охлаждения при обработке резцами, оснащенными твердым сплавом, менее эффективно. Период стойкости таких резцов возрастает лишь в 1,5 раза по сравнению с обычным охлаждением.
3. Подача в распыленном состоянии (рисунок 64).
При использовании станков с ЧПУ получила распространение подача СОЖ в распыленном состоянии. В этом случае СОЖ с помощью сжатого воздуха распыляется на мельчайшие капельки и вместе с воздухом в виде тумана с большой (до 200...300 м/с) скоростью подается в зону резания. Расход жидкости очень мал. Период стойкости инструмента повышается в 2—4 раза по сравнению с обычным охлаждением свободно падающей струей, и в 2 раза — с высоконапорным охлаждением. Кроме того, охлаждение распыленной жидкостью более удобно, так как не требует точного направления струи.
Рисунок 64 – Схема подачи СОЖ в распыленном состоянии
Распыленная жидкость оказывает наибольший охлаждающий эффект по сравнению с остальными способами охлаждения, так как смесь жидкости и воздуха расширяется при выходе из сопла и при этом ее температура снижается до 3...12°С; распыленные частицы жидкости очень малы и, попадая на разогретую поверхность стружки и инструмента, легко испаряются, интенсивно поглощая дополнительное количество теплоты; имея меньшую вязкость, распыленная смесь легко проникает в микротрещины.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!