1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки

Содержание
  1. Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) – ликбез
  2. Требования к СОТС
  3. СОТС предназначены для:
  4. По агрегатному состоянию СОТС делятся на 4 типа:
  5. Газообразные СОТС
  6. Жидкие СОТС
  7. Они разделены на следующие классы:
  8. Масляные СОЖ
  9. Водосмешиваемые СОЖ
  10. В сравнении с масляными водосмешиваемые СОЖ обладают следующими преимуществами:
  11. Недостатки водосмешиваемые СОЖ:
  12. Быстроиспаряющиеся СОЖ
  13. При выборе СОЖ для того или иного обрабатываемого материала целесообразно руководствоваться следующими практическими рекомендациями:
  14. СОЖ подают в зону резания лезвийным инструментом следующими способами:
  15. Пластичные СОТС
  16. Пластичные СОТС разделены на следующие классы:
  17. Твердые СОТС по химическому составу подразделены на 3 класса:
  18. Смазочно-охлаждающее технологическое средство и смазочно-охлаждающая жидкость: классификация и назначение
  19. Типы СОТС
  20. Жидкие СОТС (СОЖ). Классификация
  21. Эмульгирующиеся СОЖ
  22. Полусинтетические СОЖ
  23. Синтетические СОЖ
  24. Выбор жидкости
  25. Способы подачи СОЖ
  26. Материаловед
  27. Применение смазочно-охлаждающих технологических средств при резании материалов
  28. Сож — что это? состав, виды и преимущества использования
  29. Что такое СОЖ?
  30. Виды и характеристики СОЖ
  31. Масляные СОЖ
  32. Выбор и применение СОЖ на масляной основе
  33. Синтетические и полусинтетические СОЖ
  34. Классификация водорастворимых СОЖ
  35. Состав и характеристики СОЖ на водной основе
  36. Выбор и применение СОЖ
  37. СОЖ для токарных станков — какую выбрать?
  38. Как выбрать СОЖ для фрезерования?
  39. Особенности выбора СОЖ для шлифовальных станков
  40. СОЖ для сверления
  41. СОЖ для обработки металлов давлением
  42. Марки и рейтинг СОЖ
  43. Когда требуется замена СОЖ

Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) – ликбез

1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки

Требования к СОТС, назначение и классификация СОТС для обработки металлов резанием

Эффективность металлообработки – комплексный показатель, учитывающий в том числе и влияние смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) на качество изделий при обработке резанием.

Современные СОТС – это неотъемлемая часть всего комплекса средств, обеспечивающих эффективную эксплуатацию металлорежущего оборудования. Для разных условий резания применяются определенные СОТС.

Требования к СОТС

Основной задачей СОТС является обеспечение надежной работы режущего инструмента и небходимого качества обрабатываемой поверхности.

Это позволяет уменьшить затраты на обслуживание и замену режущего инструмента, сократить количество брака и простоев станков и, как следствие, снизить стоимость металлообработки.

В зависимости от условий обработки СОТС должны обеспечивать смазывающее, охлаждающее, диспергирующее и/или моющее действие.

Так, например, при фрезеровании твердосплавными фрезами требуются средства, обладающие высокими смазочными свойствами в сочетании с низким охлаждающим воздействием.

При нарезании резьбы и развертывании необходимы СОТС с хорошими моющими и смазочными характеристиками.

В процессе токарной обработки титановых сплавов требуется охлаждающее действие, а при обработке их фрезерованием – смазывающее.

Следовательно, при создании или выборе СОТС необходимо знать, какое действие в данных условиях резания должна обеспечивать жидкость. Предъявляемые к смазочно-охлаждающим технологическим средствам требования выражаются в виде конкретных предельно допустимых норм показателей качества.

СОТС предназначены для:

  • Смазывания поверхностей трения
  • Охлаждения режущего инструмента и обрабатываемых заготовок
  • Облегчения процесса деформирования металла
  • Своевременного удаления стружки и продуктов износа инструмента из зоны резания
  • Временной защиты изделий и оборудования от коррозии

По агрегатному состоянию СОТС делятся на 4 типа:

  • Газообразные
  • Жидкие
  • Пластичные
  • Твердые

Газообразные СОТС

В качестве СОТС этого типа применяют нейтральные (азот, аргон, гелий) и активные, кислородосодержащие (воздух, кислород, диоксид углерода), газы. Активные газы не только играют роль охладителя, но и защищают поверхность трущихся металлов от изнашивания, образуя на них оксидные пленки.

В среде кислорода можно затачивать режущий инструмент из инструментальных сталей и твердых сплавов, точить и сверлить кислостойкие и жаропрочные сплавы, шлифовать специальные стали и сплавы. Однако применение газообразных СОТС не получило широкого распространения в практике.

Жидкие СОТС

Жидкие СОТС наиболее распространены. Их принято называть смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ).

Они разделены на следующие классы:

  • Масляные
  • Водосмешиваемые (водные)
  • Быстрорастворяющиеся

Масляные СОЖ

Масляные СОЖ изготавливаются на основе минерального базового масла, к которому могут быть добавлены антифрикционные, противоизносные, противозадирные, антипенные и противотуманные присадки; ингибиторы коррозии, антиоксиданты.

Процентное содержание минерального масла в таких СОЖ составляет 60…95 % (в процентах по массе). Обычно это высокоочищенные нафтеновые или парафиновые масла.

Иногда в качестве основы для масляных СОЖ используют смесь из нескольких минеральных масел или маловязкие экстракты селективной очистки.

При выборе базовых минеральных масел учитывают прежде всего их физико-химические свойства (вязкость, индекс вязкости, групповой углеродный состав) и эксплуатационные характеристики.

Масла без присадок применяют при обработке магния, латуни, бронзы, меди и углеродистых сталей с легкими режимами резания. Однако такие жидкости мало эффективны при резании труднообрабатываемых сталей и сплавов (особенно для тяжелых режимов резания).

Водосмешиваемые СОЖ

Водосмешиваемые СОЖ могут содержать эмульгаторы, нефтяные масла, воду, спирты, гликоли, ингибиторы коррозии, бактерициды, противоизносные, противозадирные и антипенные присадки, электролиты и другие органические и неорганические продукты.

Эти СОЖ применяют в виде эмульсий или водных растворов при абразивной и лезвийной обработке (легкие и средние режимы резания) черных и цветных металлов.

К водосмешиваемым смазочно-охлаждающим жидкостям относится СОЖ EFELE CF-621 от российской компании «Эффективный Элемент».

В сравнении с масляными водосмешиваемые СОЖ обладают следующими преимуществами:

  • Более высокая охлаждающая способность
  • Относительно низкая стоимость
  • Высокая пожаробезопасность
  • Меньшая токсичность

Недостатки водосмешиваемые СОЖ:

  • Сравнительно невысокие смазывающие свойства
  • Низкая эффективность на отдельных операциях
  • Недостаточно высокая стабильность свойств во времени

Водосмешиваемые СОЖ разделены на 4 подкласса: эмульгирующиеся (эмульсолы), полусинтетические, синтетические, растворы электролитов.

Быстроиспаряющиеся СОЖ

Быстроиспаряющиеся СОЖ изготовлены на основе галогенпроизводных углеродов. Испаряясь, они охлаждают режущий инструмент и обрабатываемое изделие и оставляют на трущихся поверхностях тонкие смазывающие слои присадок.

Быстроиспаряющиеся СОЖ применяют при сверлении, развертывании, нарезании резьбы и протягивании труднообрабатываемых сплавов и пакетов из пластин разнородных материалов.

При выборе СОЖ для того или иного обрабатываемого материала целесообразно руководствоваться следующими практическими рекомендациями:

  • Цветные металлы и легкообрабатываемые стали рационально обрабатывать с применением масляных СОЖ с жировыми добавками
  • Мягкие и конструкционные стали рационально обрабатывать с применением хлоросодержащих масляных СОЖ, причем жидкость с высокой концентрацией хлоросодержащих присадок рекомендуется также для протягивания, резьбо- и зубонарезания

СОЖ подают в зону резания лезвийным инструментом следующими способами:

  • Свободно падающей струей
  • Напорной струей
  • Струей воздушно-жидкостной смеси /в распыленном состоянии
  • Через каналы в теле режущего инструмента

Пластичные СОТС

Пластичные СОТС обычно представляют собой пластичные смазки. Их используют в мелкосерийном производстве при нарезании резьбы, сверлении, протягивании и развертывании, полировании и обработке металлов напильниками.

Применение пластичных СОТС ограничивается трудностью введения их в зону резания, невозможностью сбора, очистки и повторного применения.

Пластичные СОТС разделены на следующие классы:

  • Смазки на углеводородных загустителях (парафин, воск и некоторые полимеры)
  • Смазки на мыльных загустителях (натриевые, литиевые, кальциевые, бариевые, свинцовые и др.)
  • Смазки на неорганических загустителях (глина, слюда, асбест и др.)

Твердые СОТС по химическому составу подразделены на 3 класса:

  • Неорганические продукты слоистой структуры (тальк, графит, слюда, дисульфид молибдена и др.)
  • Органические соединения (воски, мыла, твердые жиры, полимеры)
  • Мягкие металлы (олово, свинец, медь)

Твердые СОТС применяют при высоких температурах и нагрузках, а также в тех случаях, когда другие типы смазочно-охлаждающих технологических средств неэффективны. Твердые смазки наносят в качестве покрытий на режущий инструмент или обрабатываемый металл.

По применению все СОТС разделены на две группы – для массового и специального применения. СОТС массового назначения пригодны для ряда операций обработки металлов резанием при различных режимах. Они в свою очередь разделены на 3 подгруппы: обычные, универсальные и многоцелевые.

К СОТС специального назначения относяися: газообразные, пластичные и твердые СОТС.

Современные смазочно-охлаждающие технологические составы способны в несколько раз повысить производительность труда, снизить энергозатраты в процессе металлообработки и улучшить ее качество.

Источник: https://mirsmazok.ru/smazochno-okhlazhdayushchie-zhidkosti-sozh-sots/smazochno_okhlazhdayushchie_tekhnologicheskie_sredstva_sots_likbez/

Смазочно-охлаждающее технологическое средство и смазочно-охлаждающая жидкость: классификация и назначение

1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки

Уменьшить нагрузку на рабочий инструмент, валки и штампы при резании металла; охладить их и снизить интенсивность изнашивания основные функции смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС).

Это, в свою очередь,помогает добиться высококачественной обработки поверхностей. Кроме того, СОТС обладают дополнительными возможностями. С их помощью можно удалить абразивные загрязнения и стружку из мест резания.

СОТС также предотвращают появление коррозии на рабочем инструменте и обрабатываемой заготовке.

Что такое СОТС и смазочно-охлаждающие жидкости? Какими они бывают и где применяются?

На эти вопросы постараемся ответить в данной статье.

Типы СОТС

В зависимости от агрегатного состояния различают СОТС 4-х типов:

  • газообразные;
  • пластичные;
  • твердые;
  • жидкие (смазочно-охлаждающие жидкости, СОЖ).

Газообразные СОТС представляют собой газы – активные (например, воздух, кислород, углекислый газ) или нейтральные (такие, как азот, гелий, аргон).

В процессе обработки металлических поверхностей происходит взаимодействие активных газов с металлом, в результате чего на нем образуется оксидная пленка. Эта пленка обеспечивает дополнительную защиту поверхностей от износа.

Ввиду трудоемкого применения газообразные СОТС редко применяются на практике.

Пластичные СОТС. Они, как правило, используются в ходе ручной обработки металлических поверхностей (например, при сверлении, полировании, нарезании резьбы).

Пластичные СОТС иногда затруднительно подвести в зону резания. Кроме того, у них низкая эффективность теплоотвода и их невозможно собрать и очистить для повторного прменения.

К СОТС этого типа относятся пластичные смазки с неорганическими, мыльными или углеводородными загустителями.

Твердые СОТС. В их состав включены такие компоненты, как мягкие металлы (олово, свинец, медь), органические вещества (полимеры, воски, твердые жиры, мыла) или минеральные материалы со слоистой структурой (дисульфид молибдена, слюда, графит).

Твердые СОТС эффективны при высоких температурах и нагрузках и используются в качестве покрытия поверхностей, когда другие СОТС оказываются неработоспособыми.

Обычно в нормальных условиях СОТС такого типа не применяется, так как обладает малоэффективным теплоотводом, а ее эксплуатация вызывает трудности.

Жидкие СОТС (СОЖ). Классификация

Среди всех СОТС наиболее распространенным видом являются жидкие.

В зависитости от компонентов, входящих в состав СОЖ, смазочно-охлаждающая жидкость может быть:

  • водосмешиваемые
  • масляные
  • быстроиспаряющиеся

Эмульгирующиеся СОЖ

Если смешать такую СОЖ с водой, то образуется эмульсия. Основной компонент эмульсолов – минеральные масла со средней вязкостью (парафиновые или нафтеновые). Иногда их можно заменить (полностью или частично) на алкилбензолы или полиальфаолефины, синтетические сложные эфиры или жирные масла.

Концентрация масел в эмульгирующихся СОЖ варьируется в пределах от 20 % до 85 %. Перед использованием жидкость следует разбавить водой до 1-5 %-й концентрации. 20…

60 % состава эмульсолов представляют эмульгаторы, присадки, связующие агенты, спирты, гликоли, микробиоциды, ингибиторы, а также иные неорганические и органические вещества.

В роли эмульгаторов могут выступать поверхностно-активные вещества (ПАВ) и их смеси с натриевыми и калиевыми мылами сульфокислот, смоляных и жирных  кислот.

Полусинтетические СОЖ

У них аналогичный состав, если сравнивать с эмульгирующимися СОЖ. В то же время эти 2 вида водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей имеют значительную разницу в соотношении игредиентов.

Основа полусинтетических СОЖ – вода (до 50 % всего состава), а эмульгаторов в жидкости содержится до 40 %. Нефтяное масло с низкой вязкостью добавлется в такие СОЖ в малых пропорциях. Полусинтетические смазочно-охлаждающие жидкости так же, как и эмульгирующиеся могут содержать в своем составе биоциды и присадки. Перед применением их необходимо разбавить водой до 1-10 %-х растворов.

Синтетические СОЖ

Состав таких СОЖ включает в себя антипенные присадки, водорастворимые полимеры, биоциды, ПАВ и ингибиторы коррозии. Чтобы улучшить смазочные характеристики в синтетические СОЖ вводят противозадирные и противоизносные добавки.

Синтетические смазочно-охлаждающие жидкости представляют собой порошки или концентрированные водные растворы. При прменении концентрация СОЖ должна быть 1-10 %.

Синтетические смазочно-охлаждающие жидкости наиболее универсальны и удобны при эксплуатации и хранении.

Большинство смазочно-охлаждлающих жидкостей созданы для конкретных режимов металлообработки и для определенных констуркционных материалов. Например, традиционные водосмешиваемые СОЖ, отлично работающие с различными сталями, не подходят для мягких цветных металлов. На крупных предприях это вызывает необходимость создание большого скалдского запаса жидкостей различных типов и назначений для каждого случая применения.

Удачным решением этой непростой задачи стала полусинтетическая универсальная смазочно-охлаждающая жидкость EFELE CF-621 от компании «Эффективный Элемент».

Универсальная СОЖ EFELE CF-621 от компании «Эффективный Элемент» представляет собой концентрат эмульсии, состоящий из синтетической основы с добавлением не более 15 % композиции минеральных масел. Перед применением он добавляется в воду в необходимых пропорциях.

Получившаяся рабочая эмульсия – универсальная смазочно-охлаждающая жидкость – обеспечивает хорошие смазочные и охлаждающие свойства при большинстве операций резания:

  • Сверление, в том числе глубокое
  • Фрезерование
  • Точение
  • Шлифование
  • Развертывание
  • Нарезание внутренней / наружной резьбы
  • Пиление
  • Хонингование и притирка

В отличие от традиционных СОЖ универсальная смазочно-охлаждающая жидкость EFELE CF-621 отлично работает со сталями, чугунами, титаном, алюминиевыми сплавами.  Подбирая необходимую концентрацию и режимы резания, она может применяться также для медных сплавов.

Узнать подробности

Выбор жидкости

Применение СОТС – один из самых доступных и при этом выгодных по стоимости методов увеличения производительности машиностроительных и металлообрабатывающих производств.

Смазочно-охлаждающие технологические средства – это сложные многокомпонентные составы.

В настоящее время на рынке смазочных материалов представлен широкий ассортимент СОТС, что дает возможность подобрать оптимальный вариант для того или иного случая. 

Практика показывает, что рациональное использование современных СОТС более, чем в 4 раза позволет увеличить срок эксплуатации рабочего инструмента и форсировать режимы резания на 10…50 %.

Выбирать СОЖ необходимо с учетом типа обрабатываемого материала.

Рекомендации по выбору:

  • при обработке цветных металлов и легкообрабатываемых сталей рекомендуется применять масляные СОЖ, в составе которых есть жировые наполнители
  • при обработке мягких и конструкционных сталей, нарезании резьбы и зубьев или протягивании следует использовать хлоросодержащие масляные СОЖ

Способы подачи СОЖ

Существуют несколько способов подачи смазочно-охлаждающих жидкостей:

  • напорная струя
  • свободно падающая струя
  • струя в распыленном состоянии / воздушно-жидкостной смеси
  • подача смазочно-охлаждающей жидкости по каналам, находящимся в теле лезвийного режущего инструмента. Этот способ подачи смазочно-охлаждающих жидкостей в участки трения является сравнительно новым и перспективным.

Таким образом, современные СОТС снижают энергозатраты при механической обработке металлов, повышают производительность предприятий и улучшают качество обработки и санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.

Источник: https://borfi.ru/press/17.html

Материаловед

1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки

Анализ известных исследований показывает, что влияние смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС) на процесс резания металлов заключается в снижении пластической деформации обрабатываемого материала, уменьшении сил и мощности резания, повышении качества обработанной поверхности (изменении микро- и макрогеометрических, а также физико-механических характеристик), уменьшении износа режущего инструмента, повышении его стойкости и, как следствие, в увеличении производительности обработки.

Смазывающе-охлаждающая технологическая среда должна соответствовать санитарно-гигиеническим нормам (нетоксичности, антикоррозийности, стабильности, бактерицидности и гигиеничности).

При этом обычно жесткие требования предъявляются к эксплуатационным характеристикам СОТС: она не должна разрушать окраску оборудования, эмульгировать смазочные и гидравлические масла, вызывать заедание трущихся деталей станка, разрушать изоляцию электропроводки, интенсивно испаряться. Кроме того, СОТС должна быть пожаро- и взрывобезопасна.

Использование СОТС с отклонениями от указанных выше требований, связанных со спецификой производства, предполагает разработку специальных мероприятий по защите обслуживающего персонала и оборудования от вредных действий СОТС.

Современные представления о механизме действия СОТС, способствующих интенсификации процесса резания металлов, базируются на работах П. А. Ребиндера, объяснившего эффект адсорбционного понижения прочности металлов в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Исследованиями П. А. Ребиндера [99] доказано, что влияние СОТС обусловлено ее адсорбционным воздействием непосредственно на ювенильную поверхность деформируемого металла.

Действие адсорбции состоит прежде всего в том, что ПАВ, понижая поверхностную энергию металла, способствует зарождению пластических сдвигов и развитию дефектов при значительно меньших напряжениях.

Этому воздействию подвергаются прежде всего дефекты структуры реального твердого тела, непрерывно развивающиеся в процессе упругой и пластической деформации с образованием новых дефектов.

По данным П. А.

Ребиндера, поверхностные дефекты представляют собой микроскопические и субмикроскопиче­ские трещины и щели клиновидного сечения, в которых свободная поверхностная энергия возрастает от нуля (в наиболее узкой части щели) до максимального нормального значения на поверхности тела.

Наличие микротрещин в поверхностном слое приводит к снижению прочностных характеристик изделия, существенно отличающихся от теоретических значений. Положительная роль микротрещин заключается в том, что проникшая в них ПАВ способствует снижению усилий деформации.

Установлено, что адсорбция молекул ПАВ на поверхности изделия осуществляется в виде мономолекулярного слоя.

Движущей силой втягивания адсорбционных слоев в микротрещины является вызываемое их проникновением понижение поверхностной энергии или двумерное давление, представляющее собой разность между удельной свободной энергией поверхности в вакууме и удельной свободной энергией поверхности, покрытой адсорбционным слоем со степенью насыщения. Процессу непрерывного разрыхления деформируемой поверхности способствует не только проникающее действие адсорбирующихся веществ, но и торможение самопроизвольного смыкания трещин, т. е. расклинивающее действие.

Установлено, что при контакте двух металлов (например, зерна магнитно-абразивного материала и изделия), резко отличающихся твердостью, адсорбционно-пластифицнрованный слой сосредоточивается в более мягком металле.

Следовательно, применение СОТС с активными компонентами позволяет управлять граничными условиями, направляя сдвиговые деформации в тонком слое адсорбционно-пластифицированного металла.

В данном случае при отделении стружки пластическая деформация не распространяется в глубь металла, а локализуется в тонком поверхностном слое. Металл охрупчивается, а затраты энергии на пластическое деформирование резко сокращаются.

Поверхностно-активные вещества адсорбируются и достигают концентрации насыщения первоначально на верши­нах микронеровностей. В результате этого процесс разрушения микровыступов протекает наиболее интенсивно. Эффективность ПАВ снижается при переходе от шероховатой поверхности с развитым микрорельефом к более выглаженной.

Известно, что эффект адсорбционного действия ПАВ существенно зависит от вида механической операции и достигает наибольшего значения при минимальной глубине срезаемого слоя. Указанные эффекты весьма значительны при магнитно-абразивной обработке, обеспечивающей тонкое диспергирование металла и свободный доступ СОТС в зону микрорезания.

Из теории структурной приспосабливаемости металлов, разработанной В.И. Костецким [99] , известно, что при нагружении в тонких поверхностных слоях протекает пластическая деформация, ориентированная относительно направления перемещения твердых тел.

В результате указанного явления поверхностный слой изменяет свои свойства и переходит в активированное состояние, а контактирование этого слоя с внешней средой путем адсорбционного, диффузионного или химического взаимодействий способствует его переходу из термодинамически неустойчивого состояния в пассивное.

Описанные изменения в поверхностных слоях приводят к образованию новой фазы (вторичных структур), которая является объектом разрушения. По данным П.И. Ящерицына [121], при чистовых и особенно финишных операциях наряду с микрорезанием имеет место явление, подчиняющееся законам нормального трения.

При шлифовании доля режущих зерен в процессе диспергирова­ния составляет 15—17%, а давящих и выглаживающих — 83—85%, т. е. наблюдается явление структурной приспосабливаемости.

Установлено, что, варьируя характеристиками среды, можно управлять уровнем износа трущихся тел (механической обработкой металлов).

Анализ описанных теорий показывает, что состав СОТС и концентрация в них ПАВ — наиболее важные регуляторы диспергирования металла.

При этом магнитно-абразинная обработка сталей и чугуна по съему металла характеризуется концентрацией ПАВ в СОТС, а при магнитно-абразивной обработке цветных металлов имеет место явление структурной приспосабливаемости, отрицательно влияющее на процесс микрорезания.

Механизм моющего действия СОТС при обработке металлов резанием заключается в интенсивности вымывания из зоны обработки продуктов диспергирования металла и изношенных частиц абразивного инструмента.

Анализ априорной информации показывает, что до настоящего времени влияние моющего действия СОТС на процесс обработки изучалось недостаточно. Это объясняется тем, что при обработке лезвийным и традиционным абразивным инструментами затруднений в удалении из зоны резания шлама не существует.

Вопрос о моющем действии СОТС возник наиболее остро при магнитно-абразивной обработке изделий из ферромагнитного материала в постоянном магнитном поле.

Загрязнение поверхности и образование пленок шлама при рассматриваемом методе происходит из-за того, что намагниченная деталь удерживает на обрабатываемой поверхности продукты диспергированного металла (стружку) и частицы разрушенного порошка.

Кроме того, при использовании в качестве СОТС эмульсий происходит фильтрация (расслоение) и масляная составляющая остается в зоне обработки, увеличивая вязкость пленки, цементируя частицы магнитно-абразивного порошка и шлама.

Адсорбированный на межфазной поверхности раздела слой СОТС содержит ориентированные относительно этой поверхности молекулы и коллоидные частицы, а поэтому оценить моющую способность СОТС при магнитно-абразивной обработке возможно только, учитывая комплексное действие физико-химических факторов, характеризующих ее поверхностную активность, смачиваемость, пенообразование и другие параметры.

Таким образом, смазочно-охлаждающие технологические жидкости выполняют в различных процессах обработки металлов резанием разнообразные функции. При изучении явлений, связанных с воздействием СОТС на поверхностный слой металлов, были сделаны следующие выводы [54, 121]:

— СОТС в процессе резания производит смазочное, диспергирующее, моющее, охлаждающее действие;

— в процессе резания образуются физические и химические пленки, снижающие адгезию между режущим инструментом и стружкой;

— важную роль при шлифовании металлов имеет моющее действие СОТС.

При резании лезвийными инструментами применение СОТС диктуется в большинстве случаев необходимостью увеличения стойкости режущего инструмента. СОТС в этом случае должна обладать хорошей теплопроводностью – для интенсификации теплоотвода из зоны резания и хорошими смазочными свойствами – для уменьшения трения на передних и задних поверхностях режущего клина.

Смазочные свойства жидкости в абразивных процессах необходимы для уменьшения тепловыделения в результате трения и пластической деформации в зоне контакта инструмента с деталью. Особую роль в абразивных процессах приобретают моющие свойства СОТС, позволяющие уменьшить или полностью предотвратить «засаливание» режущей поверхности абразивного инструмента металлом, снимаемым с детали.

Ю.М. Барон [14, 16] отмечает, что в отделочных процессах производительность съема металла в значительной степени зависит от таких свойств жидкости, как ее химическая и  поверхностная адсорбционная активность по отношению к обрабатываемому металлу.

В случае химически активной жидкости съем металла увеличивается благодаря облегчению удаления образующихся на поверхности химических пленок, обладающих меньшей по сравнению с основным металлом механической прочностью.

В присутствии поверхностно-активных жидкостей (например, содержащих жирные кислоты или их соли) за счет адсорбции молекул поверхностно-активных веществ на обрабатываемой поверхности поверхностная энергия последней снижается и соответственно снижается работа, потребная на диспергирование и пластическое деформирование поверхностного слоя [16].

Соответственно уменьшается и тепловыделение в зоне резания. Эффективность действия ПАВ возрастает при уменьшении глубины резания и наиболее сильно проявляется у металлов с крупнокристаллическим строением.

На шероховатых поверхностях молекулы ПАВ первоначально адсорбируются и достигают концентрации насыщения на вершинах микронеровностей [14, 100]. Последнее является одной из причин первоочередного разрушения выступов микронеровностей при тонких абразивных методах обработки. По мере снижения шероховатости обрабатываемой поверхности эффективность действия ПАВ снижается.

СОТС с хорошими моющими свойствами предотвращают налипание стружки на рабочую поверхность инструмента и забивание пор инструмента шламом. Тем самым поддерживается высокая режущая способность абразивного инструмента при обработке пластичных материалов.

Улучшение шероховатости поверхности, обработанной в присутствии СОТС, объясняется уменьшением интенсивности трения и образования задиров и надрывов в присутствии смазки, а также пластифицирующим действием поверхностно-активных компонентов СОТС и увеличением при этом доли пластического выглаживания обрабатываемой поверхности.

Таковы известные представления о роли СОТС в абразивных способах обработки. Многие из этих положений справедливы для способов отделки в среде свободных абразивов, в том числе для магнитно-абразивного полирования. Вместе с тем применение смазочно-охлаждающих жидкостей при МАП имеет свои особенности.

Температуры, возникающие во время МАП на обрабатываемой поверхности и в приповерхностном слое, имеют небольшие значения.

В связи с этим отпадает необходимость в охлаждении зоны резания из соображений сохранения как физико-механических свойств обрабатываемого материала у поверхности, так и режущих свойств порошковой массы.

Ю.М. Бароном [14] были сделаны выводы, что при МАП сталей увеличение теплопроводности среды при охлаждении водопроводной водой по сравнению с обработкой на воздухе практически не повлияло на интенсивность полирования. Зато резко проявились химические, поверхностно-активные и вязкие свойства охлаждающих сред

Состав СОТС может существенно влиять на кинематику зерен порошка в рабочих зазорах и посредством этого – на производительность процесса и стойкости порции порошка. Вязкие СОТС препятствуют перемещениям зерен и самозатачиванию абразивного компонента. Отсутствие перемешивания абразивной массы приводит к быстрому снижению интенсивности резания.

Состав СОТС изменяет условия разрушения и пластического деформирования обрабатываемой поверхности и влияет на формирование физико-механических свойств и структуры приповерхностного слоя.

Правильный подбор СОТС позволяет избежать появления в процессе МАП структурно измененного слоя на поверхности цветных металлов и сплавов, который служит причиной преждевременной пассивации процесса полирования.

Рекомендации по выбору СОТС для МАП, предложенные Н.Я. Скворчевским [103], представлены в табл. 1.1.

Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхности металла, снижают его поверхностную энергию, уменьшают величину работы, необходимой на разрушение поверхностного слоя, облегчая тем самым условия микрорезания и пластического деформирования поверхности детали. Наличие в поверхностном слое, в пределах которого происходит резание, многочисленных дефектов в виде микротрещин, искажений микроструктуры и кристаллической решетки также способствует повышению эффективности действия поверхностно-активных охлаждающих жидкостей.

Таблица 1.1. Составы СОТС, рекомендуемые для магнитно-абразивного полирования разных металлов [103]

Обрабатываемый металлСостав СОТС
Сталь углеродистая конструкционная, легированнаяСостав 1Триэтаноламин – 1%; олеиновая кислота – 0,5%; керосин – 1,5%; остальное – водаСостав 2Аквол-10 — 1÷1,5%; остальное — вода
Чугун серый, высокопрочный, ковкийСостав 1Триэтаноламин – 0,25%; олеиновая кислота – 0,5%; мылонафт – 0,6 %; эмульгатор ОП-7 – 0,6%; тринатрий-фосфат – 0,35%; нитрит натрия – 0,35%; остальное — вода
Медь, бронза, латунь, алюминиевые сплавыСостав 1Триэтаноламин – 1%; олеиновая кислота – 0,25%; глицерин – 0,25%; остальное – водаСостав 2Аквол-10 – 1,5÷2,5%; остальное — вода

Ю.М. Барон предполагает, что электрическая заряженность обрабатываемой поверхности, возникающая при вращении электропроводной детали между полюсами электромагнита, может способствовать более заметному проявлению адсорбционного эффекта при резании и пластическом деформировании поверхностного слоя детали [16].

Многими исследователями влияния поверхностно-активных жидкостей на процессы разрушения отмечается, что для проявления адсорбционных эффектов достаточно очень небольшого количества поверхностно-активного вещества.

Влияние химически активных добавок объясняется тем, что глубина резания соизмерима с толщиной образующихся на поверхности деталей химических пленок. В удалении этих пленок из-за их малой механической прочности принимают участие не только острые режущие кромки зерен, но и участки поверхности абразива с неблагоприятной геометрией или пониженной твердостью.

Электрически заряженная поверхность детали, вращающейся в магнитном поле, и э.д.с., возникающие в электропроводных зонах ферромагнитного порошка, способствуют ионизации охлаждающей жидкости и интенсифицируют протекание химических процессов.

Именно химической природой полирования объясняется факт улучшения шероховатости поверхности детали и съем металла при обработке закаленной стали порошком чистого железа.

При магнитно-абразивном полировании без охлаждающей жидкости Ю.М. Барон отмечает эффект так называемого наращивания. Проявляется это явление в виде потемнения полируемой поверхности.

Наиболее вероятной причиной появления нарощенного слоя является адгезия молекул и атомов материала ферромагнитного порошка на возникающих при полировании ювенильных участках обрабатываемой поверхности и последующая их диффузия внутрь материала детали.

Смазочно-охлаждающие технологические среды в зоне резания препятствуют адгезии контактирующих материалов за счет быстрого образования пленок на ювенильных участках поверхности детали [16].

Таким образом, для осуществления интенсивного съема и снижения шероховатости обрабатываемой поверхности процесс магнитно-абразивного полирования должен осуществляться при наличии в зоне резания смазочно-охлаждающих технологических сред, обладающих химической активностью к материалу детали и содержащей поверхностно-активные вещества. Конкретные рекомендации по применению СОТС для различных материалов и схем обработки требуют дальнейших исследований.

Источник: http://xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai/uchebnye-posobiya/povyshenie-effektivnosti-otdelochnoj-obrabotki-detalej-iz-mednyx-splavov-svobodnymi-abrazivami-na-osnove-issledovaniya-sostava-texnologicheskoj-sredy/1-sostoyanie-voprosa-i-postanovka-zadachi-issledovaniya/1-4-analiz-texnologicheskix-sred-ispolzuemyx-pri-magnitno-abrazivnom-polirovanii/1-4-1-issledovanie-vliyaniya-smazochno-oxlazhdayushhix-texnologicheskix-sred

Применение смазочно-охлаждающих технологических средств при резании материалов

1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки

Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) широко используют в механообработке для улучшения обрабатываемости материалов и применяют в виде жидкостей, газов, консистентных (пластичных) и твердых смазок. Из них наибольшее применение получили жидкие СОТС, которые принято называть смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ).

На процесс резания СОЖ влияют главным образом через смазывающее, охлаждающее и моющее действия.

Смазывающему действию СОЖ должно предшествовать проникновение среды на контактные площадки инструмента и заготовки.

Согласно последним исследованиям поступление СОЖ в контактную зону может происходить но следующим схемам (рис. 6.9):

  • а) через сеть капилляров между поверхностями заготовки и инструмента;
  • б) через полости, возникающие при периодических срывах нароста;

Рис. 6.9. Схемы поступления СОТС в контактную зону при резании

(В.Н. Латышев):

а — через сеть капилляров между поверхностями заготовки и инструмента; б — через полости, возникающие при периодических срывах нароста; в — при нарушении сплошности контакта между поверхностями заготовки и инструмента; г — путем диффузии через трещины и другие дефекты в стружке в) при нарушении сплошности контакта между поверхностями заготовки и инструмента, вызванного колебаниями;

г) путем диффузии через трещины и другие дефекты, возникающие при образовании стружки в процессе пластической деформации.

Несмотря на малые размеры капилляров (1…4 мкм), на низких и средних скоростях резания обеспечивается постоянное поступление в зону резания ионов и молекул СОЖ и ее паров.

При резании на высоких скоростях и с большими подачами условия проникновения СОЖ ухудшаются из-за резкого роста контактных давлений и температуры, при этом смазочный материал поступает в зону резания в виде паров — продуктов разложения СОЖ.

Благоприятные условия для проникновения СОЖ создает высокая реакционная способность новых, свежеобразованных (ювенильных) поверхностей стружки и заготовки, которые как насос притягивают молекулы и ионы смазывающих материалов.

При этом проникающая способность СОТС зависит от размеров молекул и ионов, а также от их способности адсорбироваться (концентрироваться) на трущихся поверхностях.

Наибольшую проникающую способность имеют ионы галогенов (хлора, брома, фтора, йода) и молекулы некоторых органических кислот (олеиновой, стеариновой и др.).

Смазывающее действие СОЖ проявляется за счет образования пленок на поверхностях трения, которые по своей природе могут быть физическими, образуемыми за счет молекулярной адсорбции, или химическими — за счет химических реакций с вновь образуемыми поверхностями стружки и заготовки. Эти тончайшие пленки снижают силы трения, ослабляют или экранируют адгезионное взаимодействие между инструментом, стружкой и заготовкой, что приводит к снижению износа инструмента и уменьшению шероховатости обработанной поверхности.

Смазывающее действие СОЖ вызывает уменьшение шероховатости обработанной поверхности.

Поэтому жидкости, обладающие повышенным смазывающим действием, используют на чистовых операциях, при резании на малых скоростях, а также на высоких скоростях, например, при использовании инструментов с выглаживающими элементами, таких как сверла и развертки одностороннего резания [12, 32]. В этих случаях используют масляные СОЖ с противоизносными и противозадирными присадками (S, Cl, Р). Водные эмульсии на этих операциях из-за возникновения вибраций, как правило, не применяют.

Охлаждающее действие СОЖ заключается в отводе теплоты резания от наиболее нагретых участков инструмента и заготовки путем конвективного теплообмена, г.е. теплообмена, связанного с движением жидкости и ее теплопроводностью.

При этом теплоотвод проявляется тем эффективнее, чем выше теплопроводность, удельная теплоемкость, смачиваемость СОЖ и чем выше скорость ее движения через зону резания.

При правильном выборе способа подвода СОЖ температуру резания можно снизить на 100.. .200 °С.

Моющее действие СОЖ заключается в удалении из зоны резания продуктов износа инструмента и заготовки в виде твердых частиц карбидов, мелкой стружки и т.п., усиливающих абразивный износ инструмента и повышающих шероховатость обработанной поверхности.

Моющее действие улучшается за счет введения в СОЖ эмульгаторов — поверхностно-активных веществ (ПАВ), уменьшающих поверхностное натяжение жидкости. Молекулы СОЖ при этом активно обволакивают удаляемые частицы, препятствуют их слипанию и, тем самым, облегчают их удаление из зоны резания.

Особое значение моющему действию СОЖ придается при абразивной обработке и резании хрупких материалов.

Кроме указанных трех основных свойств, СОЖ должны: 1) обладать стабильностью при хранении и эксплуатации; 2) не вызывать коррозию деталей станка, инструмента и заготовки; 3) не разлагаться под действием бактерий; 4) не оказывать вредного воздействия на окружающую среду и здоровье рабочих. Для этого в состав СОЖ вводят антикоррозионные, иротивоизносные, противозадирные, антипенные, бактерицидные и другие присадки.

Все СОЖ по физико-химическим особенностям основы делятся на водные и масляные.

Водные СОЖ обладают наилучшим охлаждающим действием, однако их смазывающее действие выражено слабо. Кроме того, эти СОЖ могут вызывать сильную коррозию деталей станков, инсгрументов и заготовок.

Водные СОЖ применяют при обработке металлов с высокими скоростями резания и большими контактными напряжениями, т.е. там, где охлаждение играет первостепенную роль (точение, сверление, шлифование и др.

).

Водные СОЖ подразделяют на четыре группы: 1) растворы электролитов; 2) масляные эмульсии; 3) синтетические СОЖ; 4) полусинтегические СОЖ.

Растворы электролитов представляют собой растворы солей неорганических кислот (соды, буры, хлористого калия, натрия и др.) концентрацией не более 2 % во избежание выпадения твердых минеральных отложений.

Растворы электролитов прозрачны, и поэтому их применяют на операциях, требующих визуального контроля над процессом резания.

Они обладают высокой охлаждающей способностью, снижают коррозионную агрессивность и улучшают функциональные свойства воды.

Масляные эмульсии изготавливают на основе концентрата, называемого эмульсолом, который состоит из масляной основы, эмульгатора, а также большого числа противоизносных, противозадирных и других присадок.

Масляная основа эмульсола представляет собой смесь различных минеральных масел, например, индустриального, объемом до 70…85 %. Эмульгаторы предотвращают слипание капель масла и играют роль смазочных веществ и ингибиторов (замедлителей) коррозии.

Это хорошо растворимые в воде мылообразные продукты или минеральные высокодисперсные порошки, способствующие прилипанию и закреплению капель масляной основы. В качестве ингибиторов коррозии используют, например, кальцинированную соду, гринатрийфосфат и др.

последних в эмульсии составляет 0,5…5,0 %. Для защиты от микроорганизмов в СОЖ добавляют бактерицидные присадки (до 0,05…0,15 %).

В целом водные эмульсии обладают хорошим охлаждающим и частично смазывающим свойствами. В зависимости от характера операции эмульсии изготавливают с разной концентрацией эмульсола (от 0,05 до 20,0 %). В механообработке наиболее распространенными являются эмульсолы марок ЭТ-2, НГЛ-205, Аквол, Ук- ринол и др.

В настоящее время при лезвийной обработке высоколегированных, жаропрочных и коррозионно-стойких сталей в водные СОЖ часто вводят полимерные высокомолекулярные соединения с определенными заранее заданными свойствами. Разработано несколько марок нолимерсодержащих СОЖ, таких как МХО-60, МХО-65 и др.

, содержащих, кроме обычного эмульсола ЭТ-2, латекс поливинилхлорида, триэтаноламин и др.

При их использовании в зоне резания иод воздействием температуры и давления происходит разрушение полимера с образованием различных активных продуктов, которые взаимодействуют с обрабатываемым и инструментальным материалами.

Основными компонентами синтетических СОЖ являются водорастворимые органические вещества, в основном поверхностно- активные вещества (ПАВ), при отсутствии в их составе минерального масла. Это прозрачные растворы, обладающие стабильными свойствами.

В состав полусинтетических СОЖ входят маловязкие минеральные или синтетические масла, органические жидкости и водорастворимые полимеры. Такие СОЖ называют микроэмульсиями, гак как они обладают высокой степенью дисперсности (измельчения), увеличивающей их проникающую способность.

Масляные (углеводородные) СОЖ состоят из минерального масла, к которому добавляют специальные присадки различного назначения, улучшающие их свойства.

Достоинствами масляных СОЖ являются хорошие смазывающие и антикоррозионные свойства, недостатками — низкая (в 5…

8 раз ниже, чем у водных СОЖ) охлаждающая способность, теплопроводность и теплоемкость, высокая себестоимость и повышенная пожароопасность.

Поэтому масляные СОЖ применяют в основном на операциях, характеризуемых большими контактными давлениями и малым тепловыделением, требующих смазывающего действия СОЖ (резьбонарезание, протягивание, зубона- резание, глубокое сверление).

Одной из важнейших характеристик масляных СОЖ является их вязкость. При этом чем ниже вязкость СОЖ, тем лучше она проникает в зону резания и тем выше ее моющее и охлаждающее действия.

Эффективность масляных СОЖ также связана с их химической активностью, г.е. способностью создавать на трущихся поверхностях смазочные пленки.

Последние образуются в результате взаимодействия ювенильных поверхностей инструмента и стружки с химически активными молекулами, например, кислорода, йода, хлора и др.

Эти пленки уменьшают силы трения, а также адгезионный и диффузионный износы режущего клина.

Химическую активность СОЖ можно регулировать за счет введения в жидкость антифрикционных, противоизносных и противозадирных присадок.

В качестве антифрикционных присадок используют ПАВ, технические масла и жиры, коллоидные дисперсии графита и дисульфида молибдена. жировых добавок составляет 0,5…

0,25 %, и они способствуют повышенному смачиванию поверхности инструмента и образованию адсорбционных смазывающих пленок, уменьшающих трение при небольших нагрузках и температурах.

Противоизносные присадки снижают износ режущих инструментов за счет образования химических пленок. В качестве таких присадок чаще всего используют фосфорорганические соединения (0,15…5,0%).

Противозадирные присадки за счет образования пленок, выдерживающих высокое давление, предотвращают схватывание поверхностей режущих инструментов с поверхностями стружки и заготовки и уменьшают износ инструментов при высоких температурных и механических нагрузках. В состав противозадирных присадок входят вещества, содержащие серу, хлор, фосфор, йод и др. в количестве от 0,5 до 3 %.

Для стабилизации масляных СОЖ применяют антиоксиданты. Для уменьшения теплообразования, ухудшающего охлаждающее действие СОЖ, добавляют антииенные присадки, а для уменьшения образования тумана, ухудшающего условия работы и увеличивающего расход СОЖ, вводят антигуманные присадки.

Основным компонентом масляных СОЖ являются масла: минеральные (до 70…90 %), индустриальные (И-5А, И-20А) и авиационные (МС-8, МС-14 и др.). В качестве дополнительных компонентов применяют технические растительные масла (рапсовое, касторовое, подсолнечное и др.) и в малых количествах технические животные жиры, которые в основном используются для получения олеиновой кислоты.

Основу современного ассортимента масляных СОЖ составляют жидкости серий МР, ОСМ и ЛЗ и др.

На эффективность СОЖ большое влияние оказывает также способ ее подачи в зону резания. Наиболее часто применяют три способа подачи СОЖ (рис. 6.10): 1) поливом; 2) напорной струей со стороны задней поверхности инструмента; 3) через отверстия в инструменте.

Способ подачи СОЖ поливом наиболее прост, но и наименее эффективен. Он характеризуется большим расходом жидкости, разбрызгиванием и нагревом СОЖ. Образующаяся в этом случае паровая «подушка» при испарении значительно уменьшает охлаждающее действие жидкости.

Способ подачи СОЖ напорной струей более эффективен, чем поливом. В этом случае СОЖ подается под давлением 2…3 МПа через насадку с отверстием диаметром 0,3…0,5 мм непосредственно к наиболее нагретым участкам инструмента с высокой скоростью струи (40.. .50 м/с). Благодаря этому улучшаются условия

Рис. 6.10. Способы подачи СОЖ в зону резания:

а — поливом сверху; б — напорной струей со стороны задней поверхности; в — через отверстие в инструменте проникновения СОЖ в зону резания. При этом, испаряясь, СОЖ интенсивно отводит теплоту резания благодаря высокой скорости протекания через зону резания.

Применение такого способа охлаждения позволяет, например, при точении коррозионно-стойкой стали повысить стойкость быстрорежущих резцов в 5…7 раз при малом расходе СОЖ (0,3…0,5 л/мин) [34]. К числу недостатков охлаждения напорной струей следует отнести необходимость создания специальных устройств для подачи СОЖ и ее тонкой очистки, а также высокий уровень шума.

Этот способ подачи СОЖ применяется сравнительно редко и, главным образом, на специальных станках при резании труднообрабатываемых материалов.

Напорная подача СОЖ в зону резания осуществляется через внутренние отверстия в самом инструменте. Особенно высокий эффект достигается при работе концевых инструментов для обработки отверстий (сверла, зенкеры, развертки, метчики).

При этом обеспечивается не только хорошее проникновение СОЖ, но и надежное удаление стружки, несущей основную долю теплоты резания. Однако в этом случае вырастает стоимость изготовления таких инструментов и увеличивается разбрызгивание СОЖ.

Это требует герметизации зоны обработки и применения специальных насосных станций.

Из-за больших затрат на СОЖ, ее утилизацию и очистку от нее стружки в последние годы наметилась тенденция по экономичному ее использованию или отказу от ее применения («сухая обработка») там, где это возможно (см. гл. 3).

Если применение «сухой обработки» невозможно, например при сверлении, то используют распыленные СОЖ, которые получают путем смешивания жидкости с воздухом или инертными газами, подаваемыми под большим давлением. При этом в качестве жидкости обычно используют минеральные масла или эмульсии, подаваемые с расходом 20…30 г/ч.

Распыленная жидкость имеет лучшую проникающую и охлаждающую способность, но требует специальных устройств для ее подачи и удаления из зоны резания.

Исследование влияния грех видов СОЖ (эмульсия, масляная и вода) и двух способов подачи (напорный, поливом) на основные характеристики процесса резания при точении сталей, выполненное Б.М. Орловым, показало, что наиболее эффективным является подвод СОЖ напорной струей со стороны задней поверхности резца.

При этом подача воды по сравнению с резанием без применения СОЖ снижает температуру резания в зоне активного нарос- гообразования (v < 60 м/мин) на 400 °С, эмульсии - на 200 °С, а масляной СОЖ - на 100 °С (рис. 6.11). За зоной наросгообразова- ния (v > 60 м/мин) это влияние менее заметно (снижение температуры находится в пределах 50… 100 °С).

Если СОЖ подается поливом, то даже такая сильная охлаждающая среда, как вода, снижает температуру очень слабо, примерно на 50.. .80 °С.

Исследование Б.М. Орлова влияния напорного охлаждения на усадку стружки показало, что экстремальные точки типичной кривой зависимости усадки от скорости резания из-за уменьшения температуры резания сдвигаются в сторону больших скоростей и

Рис. 6.11. Влияние напорного охлаждения на температуру резания 0 при точении стали 30 (.V = 0,43мм/об, t = 2 мм, г = 0,3 мм, у = 0°, ф = 70°):

1 — без СОЖ; 2 — масляная СОЖ типа МР-7; 3 — эмульсия (5 %-ный раствор эмульсола ЭТ-2); 4 — вода

Рис. 6.12. Влияние напорною охлаждения на усадку К стружки при точении стали 30 (л = 0,43мм/об, t = 2 мм, г = 0,3 мм, у = 0°, ср = 70°):

  • 1 — без СОЖ; 2 — масляная СОЖ типа МР-7;
  • 3 — эмульсия (5 %-ный раствор эмульсола ЭТ-2); 4 — вода

попадание максимумов усадки на кривую без охлаждения очевидно связано не только с охлаждающим действием СОЖ, а и с непосредственным влиянием скорости резания на высоту нароста (рис. 6.12). При резании за зоной наростообразования (v > 60 м/мин), когда нарост отсутствует, влияние СОЖ практически исчезает. Аналог ично выглядят и зависимости для составляющих силы резания.

Таким образом, это исследование показало, что СОЖ не устраняет наросгообразование, как утверждается некоторыми исследователями, а наоборот, способствует расширению зоны его образования на большие скорости резания.

При этом уменьшение шероховатости, глубины и степени наклепа в области наростообразования объясняется стабилизацией формы нароста и увеличением фактического переднего угла при напорной подаче СОЖ.

Что касается влияния СОЖ на обрабатываемость материалов, то даже при подаче эмульсии поливом, несмотря на небольшое снижение температуры при резании сталей 45 быстрорежущими резцами, коэффициент обрабатываемости увеличивается на 20… 30 % (/ц,б = 1,2… 1,3). При напорном охлаждении этот эффект существенно возрастает и тем сильнее, чем более труднообрабатываемый материал подвергается обработке резанием.

Далее кратко рассмотрим другие виды СОТС.

Газообразные СОТС по сравнению с жидкостями обладают высокой проникающей способностью и поэтому находят применение при резании с большими скоростями и подачами. Их применяют в основном в смеси с СОЖ, распыленными в виде аэрозолей, либо в виде активных (углерод, углекислый газ) или инертных (азот, аргон) газов. При этом наиболее дешевым и доступным газообразным СОТС является воздух.

Пластичные СОТС применяют в виде консистентных смазок. Они занимают промежуточное положение между маслами и твердыми СОТС и состоят из двух компонентов: жидкой основы (масло) и загустителя (5…30 %), в ячейках которого удерживается масло.

Типы загустителей: мыльные, углеводородные (парафин), неорганические (силикагель) и органические (красители, полимеры и др.). Пластичные смазки лучше жидких смазок удерживаются на поверхностях при тяжелых режимах трения в основном при обработке давлением.

При резании они применяются весьма ограниченно из-за трудностей введения в зону резания, невозможности сбора, очистки и повторного использования.

Поэтому пластичные смазки применяют в основном на ручных операциях с низкими скоростями резания путем периодического смазывания инструмента кистью, шприцами и г.п., например, при нарезании резьбы метчиками и плашками, развертывании, полировании и др.

Твердые СОТС (тальк, графит, дисульфид молибдена, воск, парафин и др.) применяют в основном в качестве наполнителей жидких и пластичных СОТС.

В чистом виде твердые СОТС применяют крайне редко, например, при обработке отверстий малого диаметра, при нарезании резьбы в металлах, склонных к налипанию на инструмент.

Твердые СОТС обеспечивают низкий коэффициент трения (для графита yip = 0,04, для дисульфида молибдена У1р = 0,03) и выдерживают высокие температуры и давления.

Капсулированные СОТС представляют собой набор отдельных мелких, размером от нескольких микрометров до 1…2 мм и более частиц-капсул. Последние состоят из СОТС, заключенного, например, в желатиновую оболочку.

Для улучшения смазочного действия СОТС в их состав в качестве присадок вводят трибоактивные (от греч. tribos — трение) элементы (сера, фосфор, йод). Для придания капсулам направленного движения в сторону режущей кромки инструмента в их оболочку вводят магнетит FeO.».

В результате действующая магнитная сила всегда направлена в сторону пространственной неоднородности магнитного поля, которую при резании представляет режущая кромка инструмента.

При определенном механическом или термическом воздействии путем диффузии сквозь оболочку капсулы СОТС высвобождается и попадает на поверхности трения. Капсулированные СОТС позволяют значительно упростить их утилизацию и сократить расход.

Многофункциональные СОТС объединяют свойства гидравлической жидкости, обычной СОЖ и раствора для очистки заготовок. В результате их использования детали после лезвийной обработки остаются совершенно чистыми.

Источник: https://ozlib.com/811640/tehnika/primenenie_smazochno_ohlazhdayuschih_tehnologicheskih_sredstv_rezanii_materialov

Сож — что это? состав, виды и преимущества использования

1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки

При всех видах механической обработки металлов в зоне контакта инструмента с заготовкой действуют мощные силы трения и выделяется большое количество тепла.

Это приводит к ухудшению качества обработки поверхностей, ускоренному износу инструментальной оснастки и оборудования, изменению свойств и структуры обрабатываемого металла из-за перегрева.

Чтобы избежать негативных последствий, при токарной и других видах металлообработки рекомендуется применение СОЖ.

Что такое СОЖ?

Аббревиатура СОЖ в производстве и металлообработке расшифровывается как “смазочно-охлаждающая жидкость”, также употребляется термин СОТС — “смазочно-охлаждающие технологические средства”.

СОЖ — это многокомпонентные составы, главным назначением которых является охлаждение и смазка инструментов и обрабатываемых деталей из черных и цветных металлов и сплавов.

Они уменьшают трение и защищают инструменты и заготовку от перегрева и коррозии, эффективно удаляют абразивную пыль и мелкую стружку из рабочей зоны, предотвращают быстрый износ основных элементов оборудования.

Виды и характеристики СОЖ

Основными техническими характеристиками СОЖ являются плотность и вязкость, которые зависят от состава и определяют их смазывающие и охлаждающие качества. Также важным свойством охлаждающей жидкости является температура замерзания, определяющая условия, в которых возможно применение смазки.

В зависимости от состава, СОЖ подразделяются на две группы:

  • масляные
  • водосмешиваемые (синтетические и полусинтетические).

По форме выпуска различают концентраты и готовые к применению эмульсии. В особую группу можно выделить аэрозоль, применяемый на нестационарных рабочих местах.

Масляные СОЖ

Масляные СОЖ — это чистые минеральные масла (вязкость 2 — 40 мм2/с при 50°С) или с добавками разнообразных функциональных присадок (противозадирные, антифрикционные, антитуманные, антикоррозионные и пр.). Производятся из нефтепродуктов, в связи с чем относятся к горючим жидкостям.

Имеют отличные смазывающие свойства, но при этом отмечается ряд недостатков: низкая способность к охлаждению, испаряемость и высокий уровень пожарной опасности. Масляные смазочно-охлаждающие жидкости не требуют специального приготовления, они выпускаются готовыми к применению.

Выбор и применение СОЖ на масляной основе

Масляные СОЖ характеризуются показателями плотности, вязкости и температурой вспышки, что и является основными критериями выбора определенной марки смазочно-охлаждающей жидкости.

Они традиционно используются при тяжелых режимах работы на металлорежущих станках — с низкими скоростями подачи и большой глубиной резания.

Эмульсолы на основе минерального масла широко применяются при хонинговании, развертывании и сверлении, а также в случаях, когда уплотнение станка не позволяет использовать водосодержащие продукты.

Чистые минеральные масла без присадок имеют ограниченное применение и чаще всего применяются при простых работах с цветными металлами (бронза, латунь, медь), а также с углеродистыми сталями и чугуном. Для труднообрабатываемых материалов подходят масляные смазочно-охлаждающие жидкости более сложного состава с присадками.

Делая выбор между несколькими марками смазочно-охлаждающей жидкости с аналогичными характеристиками, специалисты рекомендуют отдать предпочтение тем продуктам, которые:

  • имеют более высокую прозрачность для лучшего обзора рабочей зоны
  • не образуют масляный туман и безопасные для персонала
  • не содержат хлора и при этом обладают высокими смазывающими свойствами и обеспечивают требуемое качество обработки

Синтетические и полусинтетические СОЖ

Водосмешиваемые СОЖ в своем составе содержат различные органические и неорганические вещества, среди которых: спирты, вода, эмульгаторы, электролиты, биоциды, ингибиторы коррозии, противозадирные присадки и пр.

Преимущества этого вида эмульсолов — невысокая стоимость, простота приготовления рабочих эмульсий, низкая пожароопасность, хорошие охлаждающие свойства. Недостатки — пенообразование, высокая степень биопоражения микроорганизмами и расходы на утилизацию.

Классификация водорастворимых СОЖ

Поставка водосмешиваемых эмульсолов осуществляется в виде концентрата, который используется для приготовления рабочих эмульсий непосредственно на месте применения. При этом обязательным условием получения качественного продукта является правильное разбавление концентрата водой — он добавляется в воду и тщательно перемешивается.

Эта группа включает три основных разновидности СОЖ с разной дисперсностью основного компонента:

  1. Эмульсионные: грубодисперсные продукты, получаемые путем разбавления водой эмульсолов, содержащих до 85% минеральных масел. Вследствие смешивания эмульсола и воды в концентрации 5-30% образуется эмульсия белого цвета, обладающая высокими смазывающими характеристиками.
  2. Полусинтетические: концентрированные продукты с коллоидной степенью дисперсии, содержат до 50% минеральных масел. Рабочий полупрозрачный раствор концентрацией 1-10% получают при смешивании с водой. Он в равной мере характеризуется хорошими смазывающими и охлаждающими свойствами.
  3. Синтетические: концентраты, не содержащие масел, имеют молекулярную степень дисперсности. Основные компоненты: поверхностно-активные вещества (ПАВ), вода, водорастворимые полимеры и присадки. Рабочий раствор в концентрации 1-10% обладает высокими охлаждающими свойствами.

Состав и характеристики СОЖ на водной основе

Водорастворимые СОЖ характеризуются отличными охлаждающими свойствами и поэтому подходят для высокоскоростных режимов обработки металлов. Кроме того, они дают возможность получить рабочий раствор различной концентрации, что расширяет применяемость данного вида эмульсолов в металлообработке.

Например, одна и та же марка смазочно-охлаждающей жидкости может использоваться для черновой механической обработки в концентрации 2-5%, а при выполнении особо трудных операций (глубокого зенкования, сверления и пр.) — в повышенных концентрациях до 8%. Синтетические СОЖ с невысокой концентрацией 1,5-2,5% обычно выбирают для шлифовальных операций.

Рекомендуемые концентрации и применяемость каждой марки СОЖ для определенного вида механической обработки приводятся в технической документации производителей. Точное соблюдение дозировок гарантирует стабильность готового раствора СОЖ и позволяет достичь максимально эффективной обработки металлов.

Выбор и применение СОЖ

Основными сферами применения смазывающе-охлаждающих жидкостей являются токарная и фрезерная обработка металлов. Эмульсол для металлообработки выбирается, исходя из конкретных условий производства: типа оборудования, применяемого инструмента, выполняемых технологических операций, материала заготовки, способа подачи рабочей эмульсии и пр.

СОЖ для токарных станков — какую выбрать?

Однозначного ответа на вопрос, какая СОЖ лучше для токарной обработки, нет: ее нужно выбирать с учетом скоростного режима и свойств обрабатываемого металла.

При высокоскоростной токарной обработке необходимо использовать СОЖ с улучшенными теплоотводящими и антифрикционными характеристиками.

Даже при обработке нержавеющих металлов в составе концентрата СОЖ, эмульсола или эмульсии для токарных станков должны быть специальные присадки для предотвращения коррозии инструмента и узлов оборудования.

В состав токарной эмульсии для обработки вязких металлов обязательно вводят антизадирные компоненты.

Как выбрать СОЖ для фрезерования?

Требования к СОЖ для фрезерных станков зависят от режима резания, материала инструмента и заготовки. Например:

  • при использовании фрез с твердосплавными пластинами они должны сочетать высокие смазочные и низкие охлаждающие свойства (фрезерование является прерывистым процессом, поэтому интенсивное охлаждение зоны реза приводит к образованию термических трещин на режущих кромках инструмента из-за резких перепадов температуры);

  • при обработке деталей из алюминия и нержавейки необходимо для улучшения качества обработки поверхностей следует применять СОЖ с антизадирными присадками.

Особенности выбора СОЖ для шлифовальных станков

К СОЖ для шлифовки металлов предъявляются повышенные требования по пожаробезопасности, пено- и туманообразованию, содержанию опасных для здоровья персонала веществ.

Во время шлифования в рабочей зоне образуется большое количество мелкой стружки и абразивной пыли, что приводит к образованию царапин на обрабатываемых поверхностях. Поэтому для обеспечения высокого качества деталей необходимо выбирать СОЖ с улучшенными моющими свойствами.

СОЖ для сверления

Выбирая смазочно-охлаждающую жидкость для сверлильного станка, необходимо обязательно учитывать глубину отверстий: СОЖ для глубокого сверления должны обладать повышенными теплоотводящими и антифрикционными свойствами.

Для повышения качества обработки поверхностей отверстий в деталях из нержавеющей стали в состав СОЖ вводят компоненты, предотвращающие налипание металла на сверло.

Одним из важнейших требований к СОЖ при использовании твердосплавных сверл является содержание присадок, препятствующих выгоранию кобальта.

СОЖ для обработки металлов давлением

Подбор СОЖ для обработки металлов давлением осуществляют с учетом особенностей технологических режимов выполняемых процессов (прессование, горячая или холодная штамповка).

В основном для операций горячей штамповки применяются пожаробезопасные смазочно-охлаждающие жидкости на водной основе с графитом и без графита, а также масляные СОЖ с графитом. Эти продукты образуют термостойкую смазочную пленку с хорошими разделительными свойствами. Они уменьшают износ оборудования, предотвращая жесткий контакт матрицы и заготовки.

Широкое применение получило также специальное испаряющееся масло для штамповки, в состав которого входят особые полярные присадки (эфиры). Оно отличается невысокой вязкостью, легко наносится на рабочие поверхности, испаряется при нагреве и не требует последующей очистки.

Для холодной обработки металлов давлением выпускаются СОЖ на масляной основе со значительным содержанием различных присадок и смазочных добавок, придающих нужные эксплуатационные свойства — коррозионную устойчивость и износостойкость, хорошие противозадирные качества. Создаваемая защитная масляная пленка снижает трение, уменьшает дефекты и улучшает качество поверхности получаемой детали.

Марки и рейтинг СОЖ

Первые места в рейтинге СОЖ для металлообработки занимают продукты марок Henkel, Blaser, Cimcool — данные фирмы специализируются на выпуске смазочно-охлаждающих жидкостей.

Для компаний Castrol, Shell, Mobil основным направлением является производство моторных масел, а выпуск СОТС для них — «побочное» дело.

При этом стоимость СОЖ всех вышеперечисленных марок одинаково высока, в том числе из-за немалых затрат на доставку и растаможку.

Кроме того, под видом эмульсий и эмульсолов известных марок нередко продаются фальсификаты, опасные не только для оборудования, но и для здоровья людей.

Смазывающе-охлаждающие жидкости отечественного производства стоят значительно дешевле, но при этом обладают рядом недостатков, в числе которых:

  • быстрое расслоение, бактерицидное заражение и, как следствие, и потеря рабочих свойств;
  • коррозия и разрушение деталей станка, выполненных из цветных материалов;
  • вспенивание и выпадение осадка при использовании с жесткой водой;
  • аллергические реакции и другие проблемы со здоровьем у персонала;
  • высокая токсичность отработанной эмульсии и проблемы с её утилизацией.

При разработке нашей продукции мы учли эти факторы, поэтому концентрат СОЖ для металлообработки марки Oilсool полностью отвечает современным санитарно-гигиеническим требованиям, а пакет присадок Ecoboost 2000 обеспечивает высокие антикоррозионные, антифрикционные, противозадирные и другие важные эксплуатационные свойства. Производимые нами смазочно-охлаждающие жидкости ничем не уступают зарубежным аналогам и при этом стоят дешевле.

Когда требуется замена СОЖ

Замена эмульсола производится по истечению срока годности продукта, а также в тех случаях, когда в процессе использования его качество, внешний вид и эксплуатационные характеристики значительно ухудшились.

Как показывает практика, масляные эмульсолы имеют более длительный срок годности по сравнению с СОЖ на водной основе. Это объясняется тем, что вода является хорошей средой для развития всевозможных микроорганизмов, что приводит к снижению уровня кислотности рН и появлению неприятного запаха.

Вредными факторами для водосмешиваемых СОЖ являются также повышенные температуры, загрязнение смазочными материалами и абразивами. Такая эмульсия теряет стабильность и свои свойства, становится более токсичной. Текущий контроль состояния СОЖ дает возможность своевременно выявить несоответствия и внести корректировки.

Периодичность контроля устанавливается стандартами:

  • для масляных СОЖ: 1 раз в месяц
  • для полусинтетических и синтетических СОЖ: 1 раз в 2 недели
  • для эмульсионных СОЖ: 1 раз в неделю

06.02.2018

Источник: https://oilcool.ru/article/sozh_kharakteristiki_sostav_primenenie/

Scicenter1
Добавить комментарий