Подбор смазочно-охладительной жидкости для механообработки алюминиевых сплавов

Введение

К процессу металлообработки алюминиевых сплавов предъявляют следующие требования:

1) высокая точность обработки и низкая шероховатость;

2) высокая производительность и исключение доводочных работ;

3) малая чувствительность к разбросу механических свойств и геометрических размеров (многообразие марок материала инструмента);

4) относительно небольшая стоимость инструмента.

Однако обработка данных материалов вызывает значительные трудности, связанные с их высокой вязкостью, что приводит к образованию нароста, перегреву и уменьшению стойкости режущего инструмента, снижению качества обработанной детали.

Применение современного станочного оборудования, инструмента с износостойкими покрытиями и подведение в зону резания смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) не всегда позволяет обеспечить требуемые параметры качества и производительности. Тем не менее на сегодняшний день металлорежущие станки отвечают требованиям точности. Предлагаемый ассортимент инструмента и результаты многочисленных исследований позволяют подобрать такие режущие пластины, применение которых максимально повышает производительность и качество обработки.

В то же время, несмотря на разработку большого количества марок СОЖ и испытания в данной области, не существует единой методики, обеспечивающей выбор наиболее эффективной СОЖ. Подбор эффективной марки СОЖ, согласно имеющимся данным, позволяет снизить силы резания на 20 %. Поэтому целесообразно разработать методику, обеспечивающую выбор такой марки.

В общем случае СОЖ оказывают на процесс резания смазочное, охлаждающее, моющее, диспергирующее, режущее, пластифицирующее и другие действия. Одним из основных функциональных действий СОЖ является смазочное действие, т. к. снижение трения в зоне резания приводит к уменьшению интенсивности износа инструмента, к снижению сил резания, средней температуры резания, шероховатости обрабатываемой детали. Поэтому необходимо исследовать смазочное действие СОЖ, чтобы подобрать конкретную марку для обработки данных сплавов.

Исследование смазочного действия СОЖ

Смазочное действие оценивают по результа- там испытаний как на самих металлорежущих станках в процессе обработки, так и на машинах трения. Применение машин трения позволяет не только сократить расход материалов, самой СОЖ и затрачиваемого времени, но и исключить влияние других действий. Поэтому смазочное действие СОЖ в данной работе оценивалось по результатам испытаний на машине трения. На рис. 1 представлена машина трения, применявшаяся для исследований СОЖ.

Так как токарная обработка является наиболее распространенным видом механической обработки, для проведения исследований применялась такая схема нагружения машины трения, которая позволяла смоделировать данный вид обработки, – схема «колодка – ролик» (рис. 2).

Колодка изготовлена из материала обраба- тывающего инструмента – твердого сплава Т15К6. В качестве материала для изготовления роликов был выбран один из наиболее распространенных представителей алюминиевых сплавов – сплав Д16.

Проведение исследований производилось при силе давления на колодку P=400 Н и частоте вращения ролика n=500 об/мин. Сила нагружения выбрана в соответствии с силами резания, возникающими при металлообработке данных сплавов. Частота вращения ролика получена расчетным путем из его диаметра и рекомендаций скорости резания.

Ролик устанавливался на вал и вводился в контакт с колодкой. Камера закрывалась крыш- кой и заполнялась испытываемой СОЖ. Затем включалось вращение ролика с частотой n, и посредством механизма нагружения плавно прикладывалась нагрузка на колодку до достижения ее значения Р.

По показаниям приборов определялись максимальное и минимальное значения момента трения. Среднее значение момента получено как среднее арифметическое результатов пяти опытов. По имеющимся данным рассчитывался действительный коэффициент трения f по формуле:

Для проведения испытаний использовались 10%-е водные растворы СОЖ нескольких марок: Addinol WH430, Blasocut 4000, Sinertek ML, Укринол-1М, Росойл-500, Аквол-6, Экол-Б2. Помимо этого, испытания проводились без применения СОЖ.

Результаты исследований приведены в табл. 1.

Результаты проведенных исследований позволяют оценить смазочное действие испытанных СОЖ при обработке представленных групп материалов. Полученные данные обеспечивают возможность подбора наиболее технологически эффективной СОЖ для обработки приведенных материалов по смазочному действию.
Эффективность применения каждой марки СОЖ необходимо определять в сравнении с обработкой без применения СОЖ. Величина эффективности K_см по смазочному действию при обработке различных материалов определяется по формуле:

Чем меньше значение K_см, тем эффективнее данная марка при обработке испытанного материала. В табл. 2 представлена эффективность испытанных марок СОЖ по смазочному действию.

Из [4, 5] известно, что при обработке с низкими скоростями, когда СОЖ лучше всего попадает в зону резания, смазочное действие СОЖ оказывает наибольшее влияние. Таким образом, применение СОЖ с высоким смазочным действием целесообразно при черновой обработке.

По табл. 2 видно, что при обработке алюминиевого сплава Д16 наиболее эффективным по смазочному действию являются СОЖ марок Росойл-500 (К_см = 0,089), Аквол-6 (К_см = 0,089) и Экол-Б2 (К_см = 0,096).

Выводы

1. В работе выполнены экспериментальные исследования смазочного действия испытанных СОЖ. Представленные результаты позволяют подобрать наиболее эффективную марку СОЖ для черновой обработки алюминиевых сплавов.

2. Результаты работы будут особенно полезны при производстве деталей авиационной техники, так как к авиационным деталям предъявляют повышенные требования по качеству и точности обработки.

3. Применение эффективной СОЖ обеспечивает максимально возможное снижение трения и средней температуры резания, что приводит к продлению срока службы инструмента, снижению сил резания, уменьшению шероховатости поверхности, повышению точности обработки.

Источник: Научный журнаул "Современные технологии. Системный анализ. Моделирование" - выпуск №3 (47)