CC BY
21
УДК 621,9.04
О.С. Ашралова, В.А. Сошко
О ВЛИЯНИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОБРАБОТКУ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА Д16
У статтг розглянуто результата досл1дженъ використання
полтерног гш\вки в якост1 мастильно-охолоджуючого технолог1чного засобу при ргзант
алюмтевого сплаву Д16. Приведено дат про змшу усадки стружки теля
обробки в рЬних середовищах.
Введение. Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) оказывают заметное влияние на износ инструмента, величину его фактических передних и задних углов, силы и температуру резания и другие факторы, определяющие качество обработанной поверхности. Это обусловлено комплексным воздействием их смазочных, охлаждающих и других свойств. Эффективность применения СОТС зо многом зависит от условий их применения, которые могут включать в себя способ подвода СОТС в зону резания, устройство для подвода и способы их активации.
Постановка задачи. Специфика обработки алюминиевых сплавов заключается в том, что, как правило, лимитирующим параметром является уровень шероховатости обработанной поверхности.
Трудность обеспечения высокого качества поверхности объясняется склонностью алюминиевых сплавов к фрикционному переносу и, в частности, к интенсивному наростообразованию на лезвии режущего инструмента в широком диапазоне изменения режимов резания, что вызывает нестабильность стружкообразования и увеличение шероховатости обработанных поверхностей.
Известными способами уменьшения шероховатости при резании алюминиевых сплавов являются использование режимов резания за пределами интенсивного наростообразования, а также применение эффективных СОТС. Однако большое число операций сложно выполнить на режимах, исключающих наростообразование, а СОТС, создающиеся на базе различных высококонцентрированных присадок, в том числе с хлором, фосфором и другими элементами, не всегда отвечают санитарно-гигиеническим и противопожарным нормам [1].
Решение задачи. Высокая эффективность и универсальность полимерсодержащих СОТС обусловлена обязательным наличием в их составе высокомолекулярных соединений. Известно, что использование полимеров в различных технологических процессах обработки, в том числе в качестве активных компонентов СОТС для различных видов обработки, обусловлено способностью полимеров активировать процесс поверхностного деформирования и разрушения твердых тел.
Активность полимерной присадки объясняется спецификой поведения высокомолекулярных соединений при высоких температурах, которые возникают в зоне пластических деформаций диспергируемого твердого тела [2].
Существенное влияние на протекание пластической деформации оказывают химический состав и механические свойства обрабатываемого металла, толщина срезаемого слоя и другие, не менее активно действующие факторы. Именно они и определяют конкретное проявление пластической деформации и внешний вид стружки [3].
Активирующее действие полимерсодержащих сред определяется химической природой, молекулярной массой и концентрацией полимера в среде. Известно [4], что эффективность действия полимерсодержащих СОТС существенно зависит от режимов резания и в большей степени проявляется при их ужесточении, поэтому процесс стружкообразования является нестабильным.
Таким образом, с изменением условий резания процесс образования и внешний вид срезаемой стружки существенно изменяются. По характеру этих изменений можно судить о протекании процесса пластической деформации в конкретных условиях механической обработки.
Повышение требований к производительности операций механической обработки металлов, в частности, точением, сделало особенно актуальной проблему повышения режимов обработки при обеспечении заданного качества обработанных поверхностей деталей. Одним из путей обеспечения указанной интенсификации является рационализация применения СОТС.
Полимерсодержащие среды могут создаваться на основе растворов и дисперсий высокомолекулярных соединений, то наиболее распространенными способами подачи СОТС в зону резания являются полив напорной струей смазочно-охлаждающей жидкости зоны обработки, либо распыление дисперсий высокомолекулярных соединений на контактирующие поверхности обрабатываемого материала и инструмента [4].
Такие способы подачи непременно сопровождаются затратами ка производство концентратов СОТС, их транспортировку к машиностроительному предприятию и прочее. К тому же, имеют место трудность обеспечения в производственных условиях нужного направления струи смазочно-охлаждающего технологического средства на режущую кромку инструмента, необходимость их тщательной очистки, чтобы исключить засорение сопла, необходимость оснащения станка специальной насосной станцией, сильное разбрызгивание жидкости [5].
Реализация способа подачи осуществлялась путем наматывания полимерсодержащей клейкой ленты на обрабатываемую металлическую заготовку перед операцией точения. При проведении эксперимента в качестве полимерсодержащей была применена полипропиленовая клейкая лента. Заготовка - пруток алюминиевого деформируемого сплава Д16 025 мм. Механическая обработка проводилась на токарно-винторезном станке модели 16К20 резцом с твердосплавной пластиной Т15К6 с различными режимами резания.
Было установлено, что использование полипропиленовой клейкой ленты в качестве смазочно-охлаждающего технологического средства приводит к образованию сливной стружки при точении с глубиной резания больше 0,7мм (рис.1, 2). При этом продольная усадка уменьшается практически в 2 раза (табл. 1).
Таблица 1
Зависимост ь продольной усадки стружки от значения продольной подачи при точении на воздухе и в полипропилене (п=800об/мин, 8=0.2мм/об)
мм
0.7 0.619 0.399 I
0.9 0.613 0.306
1.1 0.519 0.295
1.3 0.403 0.244
Графическим интерполированием полученных значений (рис. 3.) было подтверждено уменьшение усадки стружки при точении заготовки в присутствии полипропилена по сравнению с точением на воздухе.
Качество поверхности прутка, полученной в результате обработки с полимером, значительно лучше, чем поверхности, полученной после точения на воздухе (рис. 4, 5).
(а) (б)
Рис. 1. Стружка, образовавшаяся при точении (п=800 об/мин, 8=0.2 мм/об, 1=0.9мм) (а) на воздухе; (б) в полипропилене
(а) (б)
Рис. 2. Стружка, образовавшаяся при точении (п=800 об/мин, 5=0.2 мм/об, 1=1.1мм) (а) на воздухе; (б) в полипропилене
(а) (б)
Рис. 4. Поверхность, полученная после точения (п=800 об/мин, 8=0.2 мм/об, 1=0.9мм, увеличение 50) (а) на воздухе; (б) в полипропилене
глубина резания глубина резания
(а) (б)
Рис. 3. Зависимость продольной усадки стружки от глубины резания при точении (а) на воздухе; (б) в полипропилене сю - экспериментальные значения; - интерполяционная кривая
ею
мимит
(а) (б)
Рис. 6. Стружка, образовавшаяся при точении (в=800 об/мин, 8=0.1 мм/об, 1=0.5мм) (а) на воздухе; (б) в полипропилене
(а) (б)
Рис. 5. Поверхность, полученная после точения (п=800 об/мин, 8=0.2 мм/об, 1=1.Змм, увеличение 50) (а) на воздухе; (б) в полипропилене С увеличением подачи радиус завивания стружки увеличился (рис. 6, 7). Также увеличилась величина продольной усадки стружки. Но при подаче 8=0.3мм/об в присутствии полипропилена, по сравнению с точением на воздухе, усадка уменьшилась почти в 2 раза (таблица 2).
(а) (б)
Рис.. 7. Стружка, образовавшаяся при точении (п=800 об/мин, 8=0.3 мм/об, 1=0.5мм) (а) на воздухе; (б) в полипропилене
Таблица 2
Зависимость продольной усадки стружки от значения продольной подачи при точении на воздухе Ьл и в полипропилене §2 (п=800об/мин, !=9.5мм)
8, мм /об 5.
0.2 0.36 0.31
0.25 0.375 0.349
0.3 0.9! 0.542
Графическим интерполированием полученных значений (рис. 8.) было подтверждено уменьшение усадки стружки при точении заготовки в присутствии полипропилена по сравнению с точением на
(а) (б)
Рис. 8. Зависимость продольной усадки стружки от значений подачи при точении (а) на воздухе; (б) в полипропилене оо - экспериментальные значения; - интерполяционная кривая
Заметно улучшение качества поверхности, полученной при механической обработке прутка с применением полипропилена. Причем, увеличение подачи приводит к образованию поверхности значительно лучшего качества, чем после точения на сравнительно небольших подачах (рис. 9, 10).
(а) (б)
Рис. 9. Поверхность, полученная после точения (п=800 об/'мин, 8=0.1 мм/об, 1=0.5мм, увеличение 50) (а) на воздухе; (б) в полипропилене
Рис. 10. Поверхность, полученная после точения (п=800 об/мин, S=Q.3 мм/об, t=0.5 мм, увеличение 50) (а) на воздухе; (б) в полипропилене
В зоне обработки макрорадикалы образуют с каталитически активной поверхностью металла хемосорбционные силы связи, энергия которых, примерно на порядок выше физических. Можно полагать, что при влиянии на макромолекулярную цепь различных инициаторов (температура, механические напряжения и т.д.) образуются короткоживущие промежуточные соединения высокой химической активности, которые не дают конечных продуктов немедленно, а участвуют в различных процессах переходного характера не только в полимерной системе, но и на каталитически активной поверхности металла.
Считается, что под действием высоких температур и локальных контактных нагрузок макроцепь полимера деструктирует, вплоть до полного ее разложения с образованием химически активных продуктов распада. Именно присутствие таких высокоактивных низкомолекулярных веществ в зоне резания и обуславливает проявление максимального эффекта в технологической операции механической обработки.
Протекающая деструкция макроцепи полимера в зоне резания металла происходит с выходом водорода и углеводородных сред высокой активности и концентрации, то есть реакция термомеханодеструкции полимерной присадки происходит с высокой скоростью и носит «взрывной» характер [3].
Выводы. Использование полипропиленовой клейкой ленты при точении алюминиевого сплава Д16 позволяет получить поверхность с шероховатостью (как видно на снимках) значительно меньшей, чем после обработки на воздухе. Уменьшение усадки стружки свидетельствует об уменьшении степени пластических деформаций в зоне резания.
Приведенные данные показывают, что наиболее вероятным объяснением значительного изменения усадки стружки может быть исключительное влияние полипропилена, который деструктирует с последующей дегидрогенизацией образующихся низкомолекулярных соединений на поверхности чистого металла с образованием водорода. Основные продукты деструкции в условиях резания проникают в узкий зазор между заготовкой и стружкой, с одной стороны, и режущим инструментом, с другой стороны, и взаимодействуют с поверхностью чистого металла, непрерывно образующейся в ходе резания.
Описанная техника использования полипропиленовой ленты в качестве смазочно-охлаждающегс технологического средства требует дальнейших исследований, поскольку необходимо определение силовых характеристик обработки, а именно, изменение сил резания при точении в полипропилене по сравнению с точением на воздухе.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Аксенов А.Ф. Трение и изнашивание металлов в углеводородных жидкостях. М.: Машиностроение, 1977. - 149 с.
2. Смазочно-охлаждающие технологические средства в механической обработке металлов. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. / Сошко А.И., Сошко В.А. -Херсон: Олди-плюс, 2008. - 390 с.
3. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. -М.: Высш. шк., 1985.-304 е., ил.
4. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под ред. СТ. Энтелиса, Э.М. Берлинера. - М.: Машиностроение, 1986. -352 е., ил.
5. Худобин JI.B., Бердичевский Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих технологических средств в металлообработке. - М., «Машиностроение», 1977. - 189 с. ил.
АШРАЛОВА Ольга Сергеевна - студентка магистратуры кафедры технологии машиностроения Херсонского национального технического университета. Научные интересы:
- физико-химическая механика материалов.
СОШКО Виктор Александрович - к.т.н., доцент кафедры технологии машиностроения Херсонского национального технического университета. Научные интересы:
- физико-химическая механика материалов.
