Оценка охлаждающих свойств смазочно-охлаждающих жидкостей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.91.01:621.941:621.9.01

Л. Г. КИСЕЛЬ Е. Д. ПУРТОВ Л. В. ДЕЙЛОВЛ Н. Н. КОЧУРЛ

Омский государственный технический университет, г. Омск

ОЦЕНКЛ ОХЛЛЖДЛЮЩИХ СВОЙСТВ СМЛЗОЧНО-ОХЛЛЖДЛЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ_

В статье ставится задача дать оценку охлаждающим действиям ряда смазочно-охлаж-дающих жидкостей (СОЖ). Сегодня повышение качества изделий и длительности функционирования режущего инструмента, совершенствование технологии обработки металлов резанием относятся к первостепенным задачам производства. При применении СОЖ в процессе некоторых видов обработки существенно повышается стойкость инструмента, уменьшается количество неровностей поверхности, снижаются остаточные н апряжения, тем с а мым повышая производительность. Для эксперимента были выбраны следующие марки: Sinertek Addinol WM440, £1пег+ек МХ, Лквол-6, кодг^-130ЕР. Охлаждающее действие СОЖ можно оценить по скорости охлаждения датчика температуры, нагретого до температуры, возникающей в зоне резания, и погруженного в испытуемую СОЖ. По полученным результатам — наибольшим охлаждающим действием обладают СОЖ Лквол-6, Sinertek DS, поскольку они способны охлаждать с на ибольшей скоростью.

Ключевые слова: смазочно-охлаждающая жидкость, охлаждающее действие, скорость охлаждения, датчик температуры, цифровой термометр.

Процесс резания сопровождается выделением тепла в больших количествах. Этому способствуют деформации обрабатываемого материала, а также силы трения, возникающие между заготовкой, режущим инструментом и стружкой.

Во время подачи СОЖ в область резания снижается выделение тепла, поскольку уменьшается температура заготовки, инструмента и стружки, а также теплота деформации и трения.

Понижая температуру, СОЖ способствует увеличению стойкости режущего инструмента, уменьшению остаточного напряжения в заготовке, повышению качества и точности обработки, снижению шероховатости поверхности.

Уменьшение толщины срезаемого слоя и шероховатости на поверхности заготовки обусловлено понижением температурных деформаций материала и инструмента. При использовании СОЖ стружка равномерно завивается, так как разница температур с внутренней и внешней ее стороны уменьшается. Благодаря этому минимизируется приваривание стружки к лезвию инструмента и снижается сила резания.

Несмотря на то что подача СОЖ в зону резания позволяет добиться повышения качества и производительности обработки, снижения затрат на режущий инструмент и на электроэнергию, благодаря уменьшению сил резания, применение СОЖ в некоторых случаях может оказывать и негативное влияние. В частности, могут возникать внуренние напряжения в обрабатываемом материале вследствие высоких перепадов температур, что приводит к появлению термотрещин.

Согласно множеству проведенных на сегодняшний день исследований, различные СОЖ при одних

и тех же условиях могут оказывать разное влияние на процесс металлообработки. Это связано с тем, что химический состав концентратов СОЖ различен и является коммерческой тайной производителей. Номенклатура применяемых СОЖ постоянно растет, и каждая фирма-производитель предлагает свои СОЖ для разных обрабатываемых материалов. Существование множества марок СОЖ усложняет для производителей проблему подбора рациональной СОЖ.

Многочисленные испытания с их применением не обеспечили разработку единой методики по выбору оптимально подходящей СОЖ по различным критериям. Однако подобная методика должна быть разработана, поскольку имеющиеся данные свидетельствуют о возможности снижения сил резания до 20 % и выше при условии правильного подбора марки СОЖ.

Согласно [1, 2], при высоких скоростях резания эффект охлаждения при применении СОЖ является доминантным, так как в этих условиях затруднено попадание СОЖ непосредственно в зону контакта режущего инструмента со стружкой и заготовкой, но не единственным. Такие жидкости способны оказывать также режущее, смазывающее, моющее, диспергирующее действие.

Следовательно, при данных режимах обработки более рационально применять СОЖ с наилучшими охлаждающими свойствами [1, 2].

Тестирование СОЖ на предмет эффективности их охлаждающей способности проводится на металлорежущем оборудовании, используемом для обработки заготовок, а также на специальных установках. С их помощью удается значительно улучшить качество резания.

о

оэ >

Рис. 1. Схема стенда для оценки охлаждающей способности СОЖ: 1 — ЭВМ; 2 — термометр ТЦ-3 ММ-5; 3 — мешалка магнитная; 4 — датчик температуры ТХА-720; 5 — емкость для исследуемой СОЖ; 6 — печь сопротивления

Данные специализированные устройства позволяют рассматривать именно охлаждающее действие, исключая остальные, обеспечивая тем самым чистоту эксперимента. Помимо этого, значительно сокращается время, затраченное на испытания, а значит, и затраты на СОЖ, материалы и режущий инструмент, по сравнению с испытаниями на станочном оборудовании.

Охлаждающее действие СОЖ можно оценить по скорости охлаждения датчика температуры, нагретого до температуры, возникающей в зоне резания, и погруженного в испытуемую СОЖ. Аналогичными способами испытывают закалочные среды [3 — 5]. Однако недостатками существующих установок является то, что испытания с их помощью не обеспечивают воспроизведение процессов, возникающих при металлообработке. В таких устройствах объем СОЖ неподвижен и вокруг датчика температуры образуется паровая рубашка, что вносит существенную погрешность в результаты измерений.

Поэтому в работе применялся стенд, позволяющий в процессе измерений перемешивать СОЖ, что устраняет возможность образования паровой рубашки и моделирует процесс течения СОЖ. Следовательно, применение данного стенда позволяет смоделировать условия металлообработки, что снизит погрешности измерений.

Схема стенда для оценки охлаждающих свойств представлена на рис. 1. На данную установку получен патент на полезную модель [6].

Проведение тестирования на стенде, показанном на рис. 1, позволяет выбрать из различных марок СОЖ ту, которая обладает наибольшим охлаждающим действием.

Для эксперимента были выбраны СОЖ следующих марок: Бтейек ББ, А<Мто1 ^М440, Бтейек МХ, Аквол-6, кодгШ-130ЕР.

Испытательный процесс осуществлялся следующим образом. СОЖ определенной марки заливали в резервуар 5 стенда, показанного на рис. 1. Постоянное помешивание при нагреве производилось посредством магнитной мешалки 3. Температура печи сопротивления 6 поднималась до 710 °С по показаниям датчика 4. После этого последний помещался в резервуар с СОЖ 5, а последующие изменения его температурных показателей измерялись термометром 2.

Все данные передавались на ЭВМ и обрабатывались программой ТС-Бой;. На основании полученных данных были построены графики изменения температуры Т (°С) от времени I (с) (рис. 2), а также изменения температуры Т (°С) от скорости охлаждения V™ (°С/с) (рис. 3).

Скорость охлаждения — величина переменная, в связи с чем в расчетах использовалась максимальная скорость охлаждения V , позволяющая оце-

1 ^ охлшах' 1 1

нить картину происходящего на начальном этапе охлаждения. Результаты, полученные в ходе данного эксперимента, представлены в табл. 1.

Благодаря полученным результатам в ходе данного исследования, можно дать оценку и подобрать оптимальную марку СОЖ по охлаждающим свойствам.

Эффективность СОЖ по охлаждающему действию оценивается по коэффициенту Кокл, который рассчитывается по формуле:

К о

Vб.

Vc.

где ^езСОЖ — максимальная скорость охлаждения на воздухе, °С/с;

^ож — максимальная скорость охлаждения с применением испытанной СОЖ, °С/с.

Чем меньше данный коэффициент, тем выше охлаждающие свойства марки СОЖ. Эффективность исследованных марок представлена в табл. 2.

Рис. 2. Графики изменения температуры при охлаждении термопары в исследуемой СОЖ

- Ас1с1то1 \VM440 -*-8тепек МХ -«-Ахвол-б -^-ЬоегшаВОЕР Рис. 3. Графики изменения скорости охлаждения термопары исследуемой СОЖ

Таблица 1 Результаты эксперимента по охлаждающим свойствам СОЖ разных марок

Марка СОЖ Макс. скорость охлаждения, °С/с

Без СОЖ 4,06

Sinertek MX 23,3

Аквол-6 24,67

Isogrind-130EP 22,83

Sinertek DS 24,02

Addinol WM440 23,3

Таблица 2 Эффективность марок СОЖ по охлаждающей способности

Марка СОЖ Кохл

Sinertek MX 0,174

Аквол-6 0,165

Isogrind-130EP 0,178

Sinertek DS 0,169

Addinol WM440 0,174

По полученным результатам становится ясно, что наибольшим охлаждающим действием обладают СОЖ Аквол-6, Бтейек ББ, поскольку они способны охлаждать с наибольшей скоростью из всех рассмотренных марок.

Выводы. В работе представлены экспериментальные исследования, в результате которых удалось дать оценку охлаждающим действиям ряда СОЖ. По результатам исследований установлены наиболее рациональные марки СОЖ для эффективного охлаждения при обработке металлических деталей с высокими скоростями резания. Представленный в статье метод оценки охлаждающих свойств СОЖ позволяет моделировать процесс течения жидкости и устранить возникновение паровой рубашки, возникающей в процессе испытаний, а также в кратчайшие сроки оценить охлаждающие свойства СОЖ, что значительно сократит время на подбор рациональной марки.

Полученные результаты будут особенно актуальны при производстве металлических деталей, имеющих повышенные требования к точности выполненных размеров и шероховатости поверхности. Применяя при обработке эффективную СОЖ, про-

изводство обеспечит максимально возможное понижение температурного режима резания, тем самым увеличивая сроки эксплуатации режущего инструмента, уменьшая шероховатость поверхности и повышая точность обработанной детали.

Библиографический список

1. Энтелис С. Г., Берлинер Э. М. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: справ. М.: Машиностроение, 1995. 496 с.

2. Худобин Л. В., Бабичев А. П., Булыжев Е. М. [и др]. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием: справ. / под общ. ред. Л. В. Худобина. М.: Машиностроение, 2006. 544 с.

3. Майсурадзе М. В., Юдин Ю. В. Проектирование водо-капельных закалочных устройств. Екатеринбург: Изд-во УРФУ им. Б. Н. Ельцина, 2012. 47 с.

4. Методы оценки охлаждающей способности закалочных сред / Лаборатория проблем закалки кафедры «Материаловедение» МГТУ им. Н. Э. Баумана; ред. Шевченко С. Ю. М., 2007-2008. URL: http://zakalka.bmstu.ru/zak3.htm (дата обращения: 11.06.2015).

5. Пат. 2254568 РФ, МПК G01N25/18, C21D1/56. Устройство для определения охлаждающей способности закалочной среды / Шолом В. Ю., Искаков К. М., Казаков А. М., Каримов Э. Н., Корнилова О. П., Середа С. И. № 20031333; заявл. 17.11.2003; опубл. 20.06.2005. Бюл. № 17.

6. Пат. 130081 РФ, МПК G01N25/18. Устройство для определения охлаждающей способности жидкой среды / Шнуров Ю. В., Кузнецов И. Г., Кисель А. Г., Реченко Д. С., Раж-ковский А. А., Попов А. Ю. № 2013106103; заявл. 12.02.2013; опубл. 10.07.2013. Бюл. № 19. - 5 с.

КИСЕЛЬ Антон Геннадьевич, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: kisel1988@mail.ru ПУРТОВ Евгений Дмитриевич, магистрант гр. КТОм-152 факультета элитного образования и магистратуры.

Адрес для переписки: john_4_tip@mail.ru ДЕЙЛОВА Александра Витальевна, магистрант гр. КТОм-152 факультета элитного образования и магистратуры, ассистент кафедры технологии машиностроения.

Адрес для переписки: adeilova@mail.ru КОЧУРА Николай Николаевич, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: mansur855@mail.ru

Статья поступила в редакцию 27.12.2016 г. © А. Г. Кисель, Е. Д. Пуртов, А. В. Дейлова, Н. Н. Кочура

о

оэ