Перспективні способи використання змащувано-охолоджуючої рідини в обробленні металів різанням

Автор:

Анотація: Ефективність застосування ЗОР сильно залежить від способу її подачі в зону різання. Найбільш розповсюджені наступні способи використання ЗОР: вільно падаючим струменем; під тиском через соплові насадки; під високим тиском через канали в інструменті з виходом в зону різання; в розпиленому стані [1].

Бібліографічний опис статті:

. Перспективні способи використання змащувано-охолоджуючої рідини в обробленні металів різанням//Наука онлайн: Міжнародний електронний науковий журнал - 2019. - №12. - https://nauka-online.com/publications/technical-sciences/2019/12/perspektivni-sposobi-vikoristannya-zmashhuvano-oholodzhuyuchoyi-ridini-v-obroblenni-metaliv-rizannyam/

Стаття опублікована у: : Наука Онлайн No12 декабрь 2019

Технічні науки

УДК 621.895

Матвієнко Сергій Борисович

студент

Національного технічного університету України

 «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Науковий керівник:

Пуховський Євген Степанович

доктор технічних наук, професор

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

ПЕРСПЕКТИВНІ СПОСОБИ ВИКОРИСТАННЯ ЗМАЩУВАНО-ОХОЛОДЖУЮЧОЇ РІДИНИ В ОБРОБЛЕННІ МЕТАЛІВ РІЗАННЯМ

Ефективність застосування ЗОР сильно залежить від способу її подачі в зону різання. Найбільш розповсюджені наступні способи використання ЗОР: вільно падаючим струменем; під тиском через соплові насадки; під високим тиском через канали в інструменті з виходом в зону різання; в розпиленому стані [1]. Проникнення середовища в зону різання залежить, як від фізичних властивостей ЗОР, так і від способу підведення її в зону різання. Спосіб подачі поливом простий (рис. 1, А), але має такі недоліки: мала швидкість струменя, розбризкування рідини, що сприяє високі витрати рідини [2]. При подачі поливом ЗОР відводить теплоту від оброблюваної поверхні заготованки, що наближається до зони різання, від поверхонь стружки з високою температурою, поверхонь різця, які не контактують зі стружкою і заготованкою, і від обробленої поверхні. Однак ступінь впливу цих теплових потоків неоднакова. Відомо [3], що найбільшу роль при охолодженні грає відведення теплоти від контактної площадки різця і стружки через інструмент в охолоджуюче середовище. Чим інтенсивніше теплообмін між вільними поверхнями інструменту та рідиною, тим нижче температура контактної поверхні на передній поверхні інструменту.

Рис. 1. Напрямок подачі струмені ЗОР

А) — подача вільно падаючим струменем; Б) — подача під високим тиском на передню поверхню різального інструмента; В) — подача під високим тиском на передню і задню поверхні різального інструмента.

Ефективність змащувальної та охолоджуючої дії посилюється при подачі ЗОР в контактну зону під тиском, так як це сприяє кращому проникненню середовища на важконавантажені контактні поверхні [4]. Струмінь ЗОР при подачі під високим тиском направляють в зону між нижньою поверхнею стружки і передньою поверхнею інструменту при тиску 1,5 – 15 МПа в залежності від характеристик робочої станції (рис. 1, Б). Також використовують подачу на задню поверхню і на обидві поверхні одночасно (рис. 1, В) із застосуванням внутрішнього підведення ЗОР через інструмент.

Перевагами останніх двох є використання охолодження при обробленні важкооброблюваних матеріалів, таких як титанових сплавів і сплавів на нікельові основі. В результаті використання покращується дроблення стружки, забезпечується хороша ефективність і стабільність оброблення, збільшується період стійкості різального інструменту, зменшується коефіцієнт тертя і температура в зоні різання. На відміну від охолодження поливом, швидкість різання може бути більшою на 40% саме з подачею ЗОР під високим тиском.

Однак існують і недоліки цих способів: необхідність використання насосів спеціального призначення, дуже точне регулювання тиску і напрямку струменя для подачі ЗОР, високі затрати ЗОР, необхідність спеціальних захисних кабінетів, а також необхідність повного очищення ЗОР.

Також існує ще один вид подачі ЗОР: подача ЗОР в розпиленому стані, також відома назва як технологія мінімальної кількості змазки, або «напівсухе» оброблення ( в зарубіжні літературі «Minimum Quantity Lubrication» (MQL)).

Такий спосіб заключається у використанні надмалих доз ЗОР у вигляді аерозоля в зону контакту різального інструменту і оброблюваної деталі. В основному використовують біорозкладні олії на рослинні основі. Внаслідок цього, витрати ЗОР зменшуються з 10-100 л/год., якщо говорити про минулі способи, до 50-100 мл/год. за технологією MQL.

Використовуючи метод MQL, можна працювати з більшими швидкостями різання [5]. Наприклад, при високошвидкісному обробленні корозійностійких сталей, у випадку використання цього методу, зменшуються сили різання, але при обробленні титанових сплавів, різниця з минулими способами незначна. При фрезеруванні корозійностійкої сталі знижується шорсткість поверхні обробленої деталі. Зафіксовано зменшення відшаровування захисного покриття інструменту при обробленні корозійностійкої сталі з використанням MQL в порівнянні з відшаруванням при «сухому» обробленні [6].

В джерелі [7] показано, що подача аерозолю на передню поверхню ріжучої пластини не привела до значних результатів при точінні сталі 100Cr6 (аналог ШХ15): зношення інструменту виявився порівнянний з зношенням при «сухому» обробленні. Однак при зміні напрямку подачі на задню поверхню спостерігаються зниження зношення і збільшення періоду стійкості різального інструменту [7].

Також наведено приклад при фрезеруванні пазів фрезами з пластинами з твердого сплаву на заготовках з алюмінієвого сплаву. Показано, що без використання ЗОР на ріжучих кромках відбувалося утворення наросту, в той час як при використанні ЗОР і MQL наріст був відсутній. Утворення наросту призводило до погіршення якості обробленої поверхні. Також відзначено, що застосування ЗОР(говориться про використання ЗОР під тиском) спричинило появу тріщин на різальних поверхнях інструменту, в той час як використання MQL дозволило зменшити коефіцієнт тертя між стружкою і поверхнею ріжучого клина при одночасному зменшенні градієнта температур різальних пластин [2].

Висновок.  Отже, проаналізувавши метод MQL, можемо сказати що цю технологію потрібно використовувати, коли використання стандартних способів подач ЗОР недопустима, а «сухе» оброблення небажане. Цей метод має більш змащувальну дію, чим охолоджуючу. В силу недостатньої охолоджуючої здатності, його використання має вузьку спеціалізацію з важкооброблюваними матеріалами, такими як титанові сплави, і сплави на основі нікелю при низьких швидкостях оброблювання з великими глибинами різання.

Література

  1. Древаль А.Е., Скороходов Е.А. Краткий справочник металлиста. Москва, Машиностроение, 2005, 960 с.
  2. Андреев В.Н., Боровский Г.В., Боровский В.Г., Григорьев С.Н. Инструмент для высокопроизводительного и экологически чистого резания. Москва, Машиностроение, 2010, 480 с.
  3. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. Москва, Машиностроение, 1981, 279 с.
  4. M’Saoubi R., Axinte D., Soo S.L., Nobel C., Attia H., Kappmeyer G., Engin S., Sim W. High performance cutting of advanced aerospace alloys and composite materials. CIRP Annals — Manufacturing Technology, 2015, vol. 64, no. 2, pp. 557–580.
  5. Shokrani A., Dhokia V., Newman S.T. Environmentally conscious machining of difficult-to-machine materials with regard to cutting fluids. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2012, vol. 57, pp. 83–101.
  6. Okada M., Hosokawa A., Asakawa N., Ueda T. End milling of stainless steel and titanium alloy in an oil mist environment. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2014, vol. 74, no. 9–12, pp. 1255–1266.
  7. Attanasio A., Gelfi M., Giardini C., Remino C. Minimal quantity lubrication in turning: Effect on tool wear. Wear, 2006, vol. 260, no. 3, pp. 333–338.

Перегляди: 273

Коментарі закрито.

To comment on the article - you need to download the candidate degree and / or doctor of Science

Підготуйте

наукову статтю на актуальну тему, відповідно до роздлів журналу

Відправте

наукову статтю на e-mail: editor@inter-nauka.com

Читайте

Вашу статтю на сайті нашого журналу та отримайте сертифікат