Исследование образования смазывающей пленки смазочно-охлаждающей жидкости при обработке жаропрочного и титанового сплавов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Библиографический список

1. Кузнецов, В. И. Теория и расчёт эффекта Ранка / В. И. Кузнецов. - Омск : ОмГТУ, 1994. - 217 с.

2. Пат. 2475310 РФ, С2. Способ разделения механических смесей на основе использования свойств вихревого потока и применения вихревого сепаратора-конфузора / В. И. Кузнецов, О. А. Шариков, М. О. Шариков ; патентообладатели В. И. Кузнецов, О. А. Шариков, М. О. Шариков. -№ 2010131618/05 ; заявл. 27.07.2010 ; опубл. 20.02.2013, Бюл. № 5.

КУЗНЕЦОВ Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры авиа- и ракетостроения Омского государственного технического университета (ОмГТУ). ШАРИКОВ Олег Алексеевич, заместитель директора ООО «НПО «Вихрь» при ОмГТУ. Адрес для переписки: o_sharikov@mail.ru

Статья поступила в редакцию 27.12.2014 г. © В. И. Кузнецов, О. А. Шариков

№

УДК 621.91

А. Ю. ПОПОВ Д. С. РЕЧЕНКО А. Г. КИСЕЛЬ Е. В. ЛЕОНТЬЕВА М. Г. МАТВЕЕВА

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ СМАЗЫВАЮЩЕЙ ПЛЕНКИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЖАРОПРОЧНОГО И ТИТАНОВОГО СПЛАВОВ

Титановые и жаропрочные сплавы применяется в авиастроении, преимущественно в двигателе самолета, и детали, выполненные из него, являются ответственными и высоконагруженными. Существенное значение при изготовлении деталей из этих материалов имеют лезвийные операции, предназначенные для получения высокого качества поверхности. При этом качество поверхности имеет очень высокие требования и жесткий допуск. Важным критерием показателя качества поверхности является шероховатость (микронеровности) и точность формы и размеров, образующихся при точении. Существенное значение при изготовлении деталей из титанового и жаропрочного сплавов имеют токарные операции, так как они занимают до 80 % всего технологического процесса изготовления деталей двигателя самолета. Качество обработанной поверхности имеет большое значение, так как деталям такого класса предъявляются высокие требования к точности изготовления.

Ключевые слова: маллообработка, лезвийная обработка, смазочно-охлажда-ющая жидкость.

Проблемы, возникающие в процессе резания авиационных материалов, вызывают необходимость комплексного исследования процесса обработки с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), разработку методов определения эффективности СОЖ и методов подачи в зону резания, с учетом обрабатываемого материала, режимов обработки и режущего инструмента, с целью увеличения ресурса инструмента, производительности и точности обработки. Конечно, это вызывает дополнительные технологические трудности, так как существует большое количество видов и марок

СОЖ. Учесть влияние всех факторов в комплексе можно, задавшись условиями ограничения.

Существующие взгляды сводятся к тому, что СОЖ в процессе резания оказывает смазывающее и охлаждающее, диспергирующее и моющее действия. В процессе резания металлов химически активные поверхности режущего инструмента и стружки входят в реакцию с компонентами смазочной среды. Данная гипотеза развивается специалистами по трению и резанию металлов.

Наибольший интерес влияния СОЖ вызывает обработка авиационных материалов, так как данная

область наиболее востребована в повышении и сохранении качества обработки. В авиационных двигателях широко применяют сплавы ХН60ВТ (ВЖ98, ЭИ868), ХН50ВМТЮБ (ЭП648), ХН68ВМТЮК (ЭП693), ХН56ВМТЮ (ЭП199), ХН73МБТЮ (ЭИ698), ХН77ТЮР, ВТ8, ВТ3-1, ВТ9, ВТ8, ВТ8М, ВТ18У и т.д. [1—3]. В данной работе рассматривались жаропрочный сплав на никелевой основе ХН77ТЮР и титановый сплав ВТ3-1, являющиеся яркими представителями своих групп материалов.

В некоторых работах приводятся положения об отрицательном влиянии СОЖ на процесс резания, которое связано с особенностями образования пленки и ее проникающего действия. Механизм образования пленки и ее проникающее действие при резании остается предметом исследований. Проникновение СОЖ в клиновидный зазор между стружкой и поверхностью режущего инструмента происходит из-за капиллярного эффекта [4]. По некоторым данным при низких и средних скоростях обработки контакт стружки с резцом имеет точечный характер 0,5—1 мкм, что обеспечивает эффективное и постоянное поступление СОЖ и ее паров.

Проникающая способность СОЖ характеризуется толщиной пленки Ь и имеет зависимость:

h = п

S • V F

т] — абсолютная вязкость масла, Н-с/м2;

где

Б — площадь соприкосновения трущихся тел, м V — скорость перемещения трущихся поверхно стей, м/с; Б — сила жидкостного трения, Н.

При этом должна соблюдаться закономерность:

h ■ > 1,5-k+k), min м 2'

где ¿>1 и 82 — максимальные высоты выступов на поверхностях трения, обеспечивающие устойчивое и надежное жидкостное трение.

При высоких скоростях обработки, контакт стружки с резцом имеет сплошной характер, поэтому проникновение СОЖ возможно лишь в парообразном состоянии или при значительном давлении струи.

Проникающее действие СОЖ зависит от ее физических свойств (вязкость, плотность, химическая активность и т.д.) и от способа подвода ее в зону резания (рис. 1). По последним исследованиям установлено, что эффективность смазывающего действия усиливается при подаче СОЖ под давлением, так как это повышает проникающую способность струи или жидкости в распыленном состоянии. Значительное повышение давление свыше 10 бар позволяет производить эффективное стружко-дробление и ее отвод.

По некоторым данным, проникающая способность зависит от размера молекул СОЖ. Молекулы олеиновой кислоты имеют длину органической цепи 19 А, а молекулы таких соединений, как Н2Б, Б02, С103, СС14, имеют длину связей атомов 1,5 — 2 А, вследствие чего являются более эффективными [4].

Общие представления влияния СОЖ на процесс резания сводятся к тому, что в некоторых зонах происходит искажение кристаллической решетки обрабатываемого материала, за счет его охрупчения вследствие резкого перепада температур. При этом возникает и смазывающее действие за счет образования защитных пленок. Конечным проявлением смазывающего действия является уменьшение работы сил трения и повышение стойкости режущего инструмента.

Исследование толщины пленки проводились на машине трения ИИ5011.

Для проведения исследований применялись следующие марки СОЖ:

1) водоэмульсионные СОЖ с концентрацией 10 % марок: Смальта-3, Смальта-3*ЕР, Смальта ЕР, Биосил М, А<Мшо1 ШН430, Б^ос^ 2000, Б^ос^ 4000, Еши1си1 100, Росойл-500, Укринол-1М, Ак-вол-6, МоЫ1си1 140 и 1,5 % водный раствор кальцинированной соды (1,5 % в.р.к.с.);

2) синтетические СОЖ с концентрацией 10 % марок: Биосил С, Экол-3, 18одгш<1-130ЕР, Акремон-Д-1, Конкрепол-ВЦ, а также полусинтетическая СОЖ Смальта-11;

3) масляные СОЖ, масла и основы масляных СОЖ: жидкий парафин (Ж.П.), РЖ8У, ПС-28, И-40А, И-20А, И-12А, И-5А, Льняное масло, Масло Б-3В, Г.К., МР-1У, МР-3, МР-7, МБХ-5, Полигликоль, Эфир Т.

Ниже приведены зависимости толщины смазочной пленки Ь от кинематической вязкости СОЖ |1 и зависимости коэффициента трения Ктр от толщины смазочной пленки Ь для пар трения ХН77ТЮР — ВК8 (рис. 2, 3) и ВТ3-1 - ВК8 (рис. 4, 5).

Рис. 2. Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ХН77ТЮР - ВК8

Рис. 1. Схема действия СОЖ при резании

Рис. 3. Зависимость коэффициента трения от толщины смазочной пленки для пары трения ХН77ТЮР - ВК8

Рис. 4. Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ВТ3-1 - ВК8

зана ограниченная область, показывающая диапазон изменения коэффициента трения от толщины смазочной пленки. Как видно из зависимостей, с увеличением смазочного слоя до 0,002 мкм и более диапазон коэффициентов трения значительно сужается, что говорит о большей стабильности работы пар трения.

Библиографический список

1. Химушин, Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы / Ф. Ф. Химушин. - М. : Металлургия, 1969. - 750 с.

2. Колачев, Б. А. Титановые сплавы разных стран : справ. / Б. А. Колачев, И. С. Полькин, В. Д. Талалаев. - М. : ВИЛС, 2000. - 316 с.

3. Ильин, А. А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства : справ. / А. А. Ильин, Б. А. Колачев, И. С. Полькин. -

М. : ВИЛС МАТИ, 2009. - 520 с.

4. Латышев, В. Н. Повышение эффективности СОЖ / В. Н. Латышев. - М. : Машиностроение, 1975. - 89 с.

Рис. 5. Зависимость коэффициента трения от толщины смазочной пленки для пары трения ВТ3-1 - ВК8

Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ХН77ТЮР - ВК8 имеет вид:

h = 940-а|2 + 10-5| при достоверности аппроксимации Я2 = 0,977.

Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ВТ3-1 - ВК8 имеет вид:

h = 740-а|2 + 10-5^| + 740-5, при достоверности аппроксимации Я2 = 0,985.

Как видно из представленных зависимостей, с увеличением кинематической вязкости увеличивается толщина смазочной пленки и уменьшается коэффициент трения. На зависимостях коэффициента трения от толщины смазочной пленки пока-

ПОПОВ Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: popov_a_u@list.ru РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов.

Адрес для переписки: rechenko-denis@mail.ru КИСЕЛЬ Антон Геннадьевич, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: kisel1988@mail.ru ЛЕОНТЬЕВА Екатерина Валерьевна, инженер 1-й категории кафедры машиноведения; магистрант гр. ПЭН-514 факультета элитного образования и магистратуры.

Адрес для переписки: katyleo@bk.ru МАТВЕЕВА Марина Геннадиевна, заведующая лабораториями кафедры машиноведения; магистрант гр. ПЭН-514 факультета элитного образования и магистратуры.

Адрес для переписки: marina-matveeva-71@mail.ru

Статья поступила в редакцию 10.10.2014 г. © А. Ю. Попов, Д. С. Реченко, А. Г. Кисель, Е. В. Леонтьева, М. Г. Матвеева

>

Книжная полка

621.1/Г15

Галдин, В. Д. Газодинамика влажно-паровых турбин : учеб. пособие / В. Д. Галдин. - Омск : ОмГТУ, 2014. - 111 c. - ISBN 978-5-8149-1847-5.

Приведены схемы применения турборасширительных машин для работы на парогазовой смеси. Рассмотрены основные особенности работы турбинной ступени на двухфазном потоке с жидкими и твердыми частицами, виды эрозии деталей паровых турбин и методы борьбы с ней, элементы теории получения твердого диоксида углерода из продуктов сгорания топлива, расширяющихся в турбодетандере. Выполнено математическое моделирование и дан расчетно-теоретический анализ вымораживания диоксида углерода из потока газовой смеси. Установлены особенности течения воздуха, водорода, гелия и влажного воз- Х духа в проточной части турбодетандера. Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению Е 140100.68 «Теплоэнергетика и теплотехника». и