Методическая разработка «Влияние СОЖ на процесс ре­зания»

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ № 13

Методическая разработка

«ВЛИЯНИЕ СОЖ НА ПРОЦЕСС

РЕ­ЗАНИЯ»

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.

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.

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. 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 ин­струмента 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.

К смазочно-охлаждающим жидкостям относятся:  Ленол 10МБ, СОЖ-МР7. 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;

- 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;

- 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 – 2,0-5,0% 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 рассмат­ри­вать 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 спо­собствуют 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 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 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 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 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 повыше­нием 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 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. 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. 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 ртутно-кварцевыми 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.

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, продольно-фрезерных и других станках из-за вымывания смазки с их направляющих. При обработке по разметке полив не применяется, так как струя СОЖ закрывает раз­метку.

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 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 . 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.