Вплив мастильно-охолоджуючої рідини на процес різання

 

При різанні металів у результаті затрачуваної роботи виникає тепло. Впливаючи на різальний інструмент, тепло розм'якшує його, робить менш зносостійким і змінює його розміри. Від дії тепла змінюються і розміри обробленої поверхні. Ці температурні деформації інструмента і заготівки знижують точність обробки.

Для відводу тепла від інструмента, що ріже, і заготівки застосовують охолоджувально-мастильні рідини (див. мал. 94), які до того ж зменшують тертя (між різцем і стружкою і різцем-заготівкою) і полегшують процес стружкоутворення. Сутність фізико-хімічної дії рідин, що мастильне охолоджують, при різанні металів розкрита радянською школою акад. П. А. Ребіндера, роботами якого [34-37] доведено, що властивості змазуючо-охолоджуючих рідин можна змінювати шляхом введення в них невеликих кількостей (0,1 - 1%) поверхнево-активних речовин.

Поверхнево-активними речовинами стосовно якої-небудь рідини називаються такі речовини, що при введенні їх у рідину зменшують її поверхневий натяг поверхневу енергію і підвищують змочуваність (маслянистість). До таких речовин відносяться органічні кислоти (стеаринова, олійна, пальмітинова й ін.), їхніх солей, а також органічні речовини з галогеними сірковмісними полярними групами.

На мал. 60 показані фотографії стружок, отриманих при обробці в суху, із застосуванням неактивного (очищеного) і активованого часу (вільне різання, V =- 6,5 м/хв, в=2,8 мм; a =S = 0,04; 0,125 і 0,20 мм). З фотографій видно, що стружки, отримані при обробці в суху і з неактивним часом, мають яскраво виражені елементи і зазублини (при усіх подачах). При обробці ж із застосуванням активованого часу стружки зливні. Це доводить, що поверхнево-активні змазуючо-охолоджуючі рідини, змінюючи напружений стан у зоні деформації і полегшуючи руйнування, дуже впливають на процес стружкоутворення.

Полегшення процесу стружкоутворення з застосуванням поверхнево-активних змазуючо-охолоджуючих рідин наочно виявляється й у зменшенні усадки стружки (мал. 61), у зменшенні сили різання, у зменшенні шорсткості обробленої поверхні (див. мал. 59), у зниженні інтенсивності зносу ріжучого інструменту.

На мал. 62 показані перетини заготівки і різця в напрямку, перпендикулярному до головної ріжучої кромки. Тому що рідина омиває заготівку і різець, то на абсолютно чистій поверхні різання І, що тільки що вийшла з-під різця, утвориться адсорбційний шар б; проникаючи в мікрощілини, що завжди є у твердому тілі і, молекули поверхнево-активних речовин, що створюються додатково при, руйнуванні адсорбуються на стінках щілини і, перешкоджаючи їхньому змиканню, утворюють "розпушену зону" передрозрушення в. Утворена поверхня різання І через один оберт заготівки при підході до різця буде являти собою вже оброблювану поверхню 2, яка омивається рідиною зверху. Таким чином, при вході в зону деформації (у зону початку стружкоутворення), що зрізується шар а має "розпушену зону" (зону передрозрушення) а_р.

У зоні деформації внаслідок ковзання одних шарів щодо інших, поряд з подальшим розвитком мікрощілин відбувається утворення нових мікрощілин. Під впливом поверхнево активних речовин тут починають розвиватися ті площини ковзання, що у звичайних умовах, тобто на повітрі в неактивному середовищі, не одержали би розвитку. У результаті весь цей процес стружкоутворення (руйнування) полегшується, а товщина пачок ковзання шарів зменшується і стружка зі східчастої може перейти в зливальну.

Рідина впливає не тільки на зовнішні шари стружки, але і на шари металу, що стикаються з кромкою різця, що ріже, і на шари стружки з при різцевою (над різцевою) сторони.

На поверхні різця й у зону руйнування металу перед ріжучою кромкою різця рідина попадає по вакуумам 4 і 5, утвореним при зривах наросту 3, а також по вакуумних мікротріщинах, що виходить у результаті ослаблення і порушення контактів між заготівкою і різцем (що викликається їхніми коливаннями -вібраціями) [38].

Дослідження показують, що для кожного оброблюваного металу і навіть виду обробки є своя найбільш оптимальна мастильно-охолоджуюча рідина, що найбільшу ефективність рідини, мастильно-охолоджуючі рідини дають при різанні в'язких, високопластичних і сильно зміцнюючих при деформації металів; зі збільшенням товщини зрізу і швидкості різання ефект полегшення стружкоутворення від застосування мастильно-охолоджуючої рідини зменшується.

До мастильно-охолоджуючих рідин, застосовуваним при різанні, пред'являються наступні основні вимоги: висока охолоджувальна здатність, що змазуючо-ріже, стійкість, антикорозійність і нешкідливість для працюючого. Усі застосовувані в даний час змазуючо-охолоджуючи рідини можна розбити на дві основні групи: головним чином - охолоджуючі і що змазують.

До першої групи відносяться рідини з малою в'язкістю, великою теплоємністю і теплопровідністю. Сюди відносяться водяні розчини мінеральних електролітів і водяні емульсії. Через їхню велику теплоємність вони застосовуються в тих випадках, коли основною метою є охолодна дія - для підвищення стійкості інструмента, що ріже, (наприклад, при обдирних роботах, коли має місце велике тепловиділення і чистота обробленої поверхні не має особливого значення).

Широко розповсюджені в практиці водяні емульсії готують з емульсії, що представляють собою колоїдні розчини мил і органічних кислот у мінеральних оліях, стабілізовані водою чи водою і спиртом [40]. При змішанні їх з водою вони дають емульсію кольору від молочно-білого до коричневого (2-20% мастила і 0,3-2% мила).

Кращою рідиною буде та, котра поряд з високими охолодними властивостями володіє і гарною маслянистістю, що досягається введенням у рідину поверхнево-активних речовин. У зв'язку з цим у промисловості широке поширення знаходять активовані емульсії, до яких відносяться, наприклад, осіркована емульсія, широко застосовують і активовані емульсії.

До рідин другої групи, що володіє високою маслянистістю, відносяться мінеральні, рослинні, тварини і компаундіровані олії (суміш мінеральних олій з рослинним чи твариною), а також гас і розчини в чи олії гасі поверхнево-активних речовин.

Рідини цієї групи застосовують при чистових і опоряджувальних роботах, коли вимагаються висока чистота і точність обробленої поверхні.

У промисловості широке поширення знайшли так названі осірковані олії (сульфофрезоли), що містять як активовану добавку сірку.