Результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний высокоэффективных сож для операций лезвийной и абразивной обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.922.3

РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СОЖ ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ ЛЕЗВИЙНОЙ И АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

© 2011 В.Ю.Шолом, А.А.Коршунов, Д.Г. Тюленев, А.С.Трофимов, О.Л.Крамер

Научно-производственное объединение "Хозрасчетный творческий центр Уфимского авиационного института", г. Уфа

Поступила в редакцию 10.11.2011

Приведены результаты лабораторных исследований и промышленных испытаний высокоэффективной смазочно-охлаждаю-щей жидкости «Росойл-102» и полусинтетической водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости «Росойл-910» на операциях лезвийной и абразивной обработки металлов. Ключевые слова: шлифование, резание, трение

Введение:

Применение СОЖ благоприятно воздействует на процесс резания металлов: значительно уменьшается износ режущего инструмента, повышается качество обработанной поверхности и снижаются затраты энергии на резание. При этом уменьшается наростообразование у режущей кромки инструмента и улучшаются условия для удаления стружки и абразивных частиц из зоны резания. Выбор СОЖ зависит от обрабатываемого материала и вида обработки. СОЖ должна обладать высокими охлаждающими, смазывающими, антикоррозийными свойствами и быть безвредной для обслуживающего персонала.

Использование СОЖ при абразивной обработке обеспечивает охлаждение зоны резания, вымывание стружки и выкрашившихся абразивных частиц с поверхности заготовки и инструмента, облегчение обрабатываемости вследствие пластифицирования обрабатываемой поверхности и препятствование налипанию металла на зерна круга (пассивация активированной резанием поверхности) [1].

Благодаря образованию тонкой пленки между рабочей поверхностью инструмента и обрабатываемой поверхностью снижается трение и уменьшается схватывание материала обрабатываемой детали со связкой и с режущими зернами. Смывание изношенных частиц и частиц металла с рабочих поверхностей инструмента способствует сохранению их режущей способности в течение более длительного времени, а также устраняется возможность образования надиров на обрабатываемой поверхности.

Шолом Владимир Юрьевич, генеральный директор, E-mail: rosoil@rosoil. ru;

Коршунов Андрей Андреевич,инженер E-mail: anaby@yandex. ru

Тюленев Денис Генрихович, заведующий лабораторией, E-mail: [email protected]; Трофимов Андрей Сергеевич.,инженер Крамер Ольга Леонидовна,инженер

При шлифовании металлов обычно применяют водные и масляные (углеводородные) жидкости; газообразные, твердые и пластичные среды используют сравнительно редко. Водные растворы и водно-масляные эмульсии дешевле и более широко распространены при шлифовании, чем масляные. Большая удельная теплоемкость и лучшая теплопроводность воды позволяют водным СОЖ быстрее отводить теплоту [1].

К процессам абразивной обработки металлов относится и хонингование. При хонинговании и суперфинишировании в отличие от шлифования применяют более мелкозернистый абразивно-алмазный инструмент и схема процесса хонинго-вания отличается от типичной схемы шлифования. При хонинговании вместо теоретического точечно-го или линейного контакта имеет место контакт по поверхности. Эти факторы приводят к затрудненному вымыванию продуктов износа с поверхности брусков и из зоны резания. В связи с этим возрастают требования к моющим, смачивающим, проникающим, вязкостным свойствам СОЖ. Такими свойствами обладает керосин, легкие масла, керо-синомасляные смеси, которые обеспечивают высокую производительность обработки и применяют-ся повсеместно в России. Но при этом они обладают неудовлетворительными санитарно-гигиеническими свойствами и пожароопасностью.

При разработке СОЖ для операций лезвийной и абразивной обработки и сравнительной оценки параметров и свойств, использовали следующие образцы смазочных материалов: масло "Е880 ЕР 64"; "РЖ-8"; "Керосин".

Опираясь на результаты многочисленных лабораторных, опытно-промышленных испытаний и требований производства, были разработаны новые высокоэффективные СОЖ: "Росойл-102" для операций лезвийной обработки; "Росойл-910" для операций шлифования и хонингования.

Методы испытаний

1. Оценка смазывающих свойств смазочных материалов на четырехшариковой машине трения (ЧМТ-1) по ГОСТ 9490.

2. Метод оценки смазочных материалов при нарезании внутренней резьбы.

Метод заключается в сравнении величины крутящего момента при формообразовании профиля внутренней резьбы в заготовке (гайке) с помощью вращающегося, с заданной скоростью вращения, режущего метчика для различных смазочных материалов.

Специальная установка (рис.1) включающая в себя приспособление (1), в которое помещается заготовка гайки (5). С целью возможности передачи, контроля и регистрации сил, возникающих при резьбонарезании, приспособление (1) оснащено рычагом (2) и датчиком силы (3). Инструмент (4) -режущий метчик.

1

А

А

^_

ПЭВМ

Рис. 1. Схема испытаний процесса нарезания внутренней резьбы: 1 - приспособление, 2 - рычаг, 3 - датчик, 4 - инструмент, 5 - заготовка.

Инструмент - режущий метчик М16*1,5мм из стали ЭК-80М12. Заготовки гаек из стали 20Г2Р. Исследования СОЖ проводили в диапазоне скоростей от 710 до 1000 об/мин (от 35,7 до 50,2 м/мин).

3. Метод оценки смазочных материалов при нарезании наружной резьбы.

Метод заключается в сравнении величины крутящего момента при формообразовании профиля наружной резьбы на заготовке (шпильке), вращающейся с заданной скоростью с помощью неподвижного режущего инструмента (плашки) для различных смазочных материалов (рис. 2).

Инструмент - плашка М14*1,5мм из стали 9ХС. Заготовки из стали 40Х. Исследования СОЖ проводили в диапазоне скоростей от 31,5 до 250 об/мин (от 2,8 до 22 м/мин).

4. Метод оценки смазочных материалов в процессе шлифования.

Метод заключается в сравнении величин показателей износа, съема металла и износа абразивного инструмента, в процессе шлифования, на специальной трибометрической установке для различных смазочных материалов.

В качестве абразивного инструмента взят белый корунд марки 25А ПП, образцы выполнены из стали 5сп, в виде брусков квадратным сечением 8 мм и длиной 20 мм.

5. Оценка эффективности смазочных материалов в процессе хонингования.

Рис. 2 - Определение крутящего момента: 1- приспособление, 2- рычаг, 3- датчик, 4- заготовка, 5-инструмент(плашка).

Рис. 3. Трибометрическое устройство для оценки влияния СОЖ на процесс шлифования: 1- рычаг,

2- абразивный инструмент, 3- приспособление для фиксации, 4- заготовка.

Исследования проводились в процессе чернового хонингования чугунных гильз двигателя М-412 на хонинговальном станке СС-700М с алмазными брусками. Режимы испытаний: длина хонингования 140 мм, скорость вращения головки станка 180 об/мин, скорость двойных ходов 63 ход/мин, время обработки гильзы 30 сек. Эффективность СОЖ оценивали по съему металла, шероховатости внутренней поверхности гильзы после обработки, степени засаливаемости инструмента.

Результаты и обсуждения

Результаты физико-химических свойств и испытаний СОЖ на четырех-шариковой машине табл. 1 и 4.

Результаты испытаний СОЖ при нарезании внутренней резьбы представлены в табл. 2.

Результаты испытаний СОЖ при нарезании наружной резьбы представлены на рис. 4. Данные исследований показали, что при нарезании внутренней и наружной резьбы, в исследуемом диапазоне скоростей резания, СОЖ «Росойл-102» показала наименьшие значения крутящего момента. СОЖ «Росойл-102» была рекомендована к опытно-промышленным испытаниям на ОАО ПАО «Инкар» (г. Пермь).

Таблица 1.Физико-химические свойства

№ "Росойл-102" "Esse ЕР 64"

п п показателей

Однородная Однородная

прозрачная жидкость прозрачная

1 Внешний вид от темно-вишневого жидкость светло

до темно-коричневого коричневого

цвета цвета

: Плотность при 20°С. г см 0,918 0,873

3 19,42 19,05

при 50°С. сСг.

4 Температура вспышки в 192 188

открытом тигле, "С

5 Содержание серы. % 0.90 4.36

масс.

6 Содержание клора. % 8.02 отсутствует

масс.

Смазывающие свойства

на четырекшариковои

машине трения:

- нагрузка сваривания Рс. 630 400

1 кгс.

- Ди: мм (20 кгс: 1 час) 0:67 0,36

- Ди, мм (100 кгс: Юсех) 0.40 0.45

-Ьр.: Н(100хгс, Юсек) 165 2,30

(I исп.=20°С)

Таблица 2. Результаты испытаний при нарезании внутренней резьбы

Параметры «Росой л-102» «Esso ЕР 64»

Мкр., Н*м при 710 оолита (35,7 м.'мин) 15 J 19=1

Мхр., Н*м при 1000 об/мин (50,2 м мин) 15,0 17,1

Ранее, по технологии, применялось специиальное масло ЕР 64". По составленной программе

проведены произ-водственные испытания СОЖ «Росойл-102» на агрегатном станке фирмы «Рййпег» при настройках и режимах резания соответствующих технологии изготовления поршня гидротолкателя ГТ 35-012.

Рис. 4. Графики крутящего момента при нарезании наружной резьбы.

По результатам производственных испытаний, в течение 4-х месяцев работы, специалистами ОАО ПАО «Инкар» составлен отчет, в котором показано, что стойкость режущего инструмента на всех позициях и шероховатость обработанной поверхности соответствует технологии; отсутствуют прижоги на инструменте. Отсутствует коррозия на деталях и инструменте, эксплутационные характеристики СОТС не ухудшаются в процессе эксплуатации, СОТС не оказывает вредного воздействия на человека.

На основании проведенных производственных испытаний сделан вывод: "СОТС «Росойл-102» удовлетворяет условиям обработки детали ГТ 35012 на станке фирмы «Рййпег» в цехе 25".

Результаты лабораторных испытаний СОЖ в процессе шлифования представлены в табл. 3.

Таблица 3. Влияние СОЖ на параметры процесса шлифования

СОЖ Износ кр^та % Съем металла %

"Росойл -910" 5% 0 2,5132

20% 0 3,1093

"Керосин" 15,1515 13,0221

"РЖ-8" 20,3030 11,3329

СОЖ «Росойл-910» прошла испытания с положительным результатом в ООО «Автодвор» (г. Уфа) на операции шлифования коленвалов отечественных и импортных автомобилей. Испытания проводились на круглошлифовальном станке ЗА423. Объём бака для эмульсии 200 л. Съём металла - 0,25 мм. Скорость обработки - 35 м/с. Концентрация эмульсии 5%.

Испытания СОЖ «Росойл-910» в течении 4 месяцев показали следующие результаты: обеспечена нормативная чистота обработки поверхности коленчатых валов;

Таблица 4. Трибологические свойства смазочно-охлаждающих жидкостей

Параметры "РЖ-8" Росойл-910

5% 20%

Нагрузка сваривания Рс: кгс 141 126 126 133

Нагрузка критическая Рк, кгс 80 42,5 106 100

Диаметр пятен износа Ди: мм: (нагрузка 119 кгс: 1=10 сек) 3,63 4,23 ЗЛО 3,00

Сила трения Ргр., Н 26 28 25 23

отсутствовали: коррозия на обрабатываемых деталях, инструменте и оборудовании; неприятный запах; прижоги на деталях; засаливание абразивного круга.

Результаты испытаний СОЖ в процессе хонин-гования при черновом хонинговании в триболо-гической лаборатории ХТЦ УАИ представлены в табл. 5.

Таблица 5. Результаты испытаний СОЖ при черновом хонинговании.

СОЖ Параметр Водная «Росойл-910» 20 % эмульсия Масляная «РЖ-Е»

(1т,ем металла с гильзы, грамм (за 30 сек) 11,00 6,25

Шерохов ато сгь после испытаний. К I мкм 1,21 1,38

Засаливание алмазных ОруСКОЕ Отсутствует Отсутствует

Из табл. 5 видно, что при черновом хонинговании с использованием СОЖ «Рос-ойл-910» съем металла выше, чем у СОЖ «РЖ-8» на 74,6%. Шероховатость хонингованной поверхности при применении СОЖ «Росойл-910» ниже, чем у СОЖ «РЖ-8» на 12,3%. Засаливания брусков не наблюдалось при испытаниях обеих СОЖ.

На ОАО «Стерлитамак-М.Т.Е.» г. Стерлитамак проведены промышленные испытания СОЖ «Росойл-910» на операции хонингования блока гидроусилителя руля на хонинговальном станке СС-741 с алмазными брусками. Объём заливки эмульсии 75 л. Концентрация эмульсии 20 %.

Условия испытаний: материал заготовок -высокопрочный чугун ВЧ-40; длина хонингования 161 мм; скорость вращения головки станка 220

об/мин; скорость двойных ходов 70 ход/мин; время чернового хонингования одной заготовки 10 с; время чистового хонингования одной заготовки 30 сек. Эффективность СОЖ оценивали по ше-роховатости поверхности после обработки, съему припуска на диаметр и степени засаливания брусков.

При использовании СОЖ «Росойл-910» шероховатость поверхности после обработки Ra 0,17. В процессе обработки съем припуска на диаметр соответствует норме. Засаливание брусков при применении СОЖ «Росойл-910» отсутствует.

На ОАО "АВТОВАЗ" проводили лабораторно-производственные испытания по определению возможности использования водной эмульсии СОЖ «Росойл-910» на операции хонингования блоков цилиндров (11183/93-100201300/10, 11194100201300) взамен жидкости рабочей «РЖ-8у».

После лабораторных испытаний СОЖ «Росойл-910» на соответствие требованиям ТУ 0258-04806377289-2003 в лаборатории СОЖ УЛИР партия СОЖ была допущена к производственным испытаниям на вертикально-хонинговальном станке Nagel код.№ 014.735.324 в цехе 32-4 МСП (объем бака станка 2 м3).

На протяжении периода испытаний осуществлялся технологический и микробиологический контроль СОЖ.

Профиль обработанной поверхности цилиндров контролировался на приборе Hommel Tester W55. Качество обработки поверхности цилиндра оценивали по параметрам: Rpk - высота выступов, Rk -шероховатость несущей поверхности, Rvk - глубина впадин (DIN EN ISO 13565), которые дают возможность по отдельности обрабатывать данные зоны выступов, среднего сечения профиля и зоны впадин;

Результаты испытаний:

- состояние обработанной поверхности деталей соответствовало нормативным значениям: Rpk < 0,3; Rvk 0,8...2 мкм; Rk 0,2...0,8 мкм;

- анализ СОЖ на наличие механических примесей показал их содержание в первую неделю испытаний не более 0,05% (что не превышает нормативных значений); затем через 2 недели содержание мехпримесей увеличилось в 2 раза - до 0,1%;

- показатель коррозии составлял 0 баллов на всем протяжении испытаний;

- в испытанных концентрациях СОЖ «Росойл-910» биостабильна;

- состояние воздушной среды в период испытаний находилось в пределах требований ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны";

- жалоб на состояние здоровья со стороны рабочих, соприкасающихся с СОЖ «Росойл-910», не было.

В результате лабораторно-промышленных испытаний на ОАО "АВТОВАЗ" сделан вывод: СОЖ

«Росойл-910» в рабочих концентрациях 15...30% обеспечивает требования технологии хонинго-вания блоков цилиндров взамен жидкости «РЖ-8у» по качеству обработки и санитарно-гигие-ническим свойствам.

В процессе производственных испытаний установлено следующее:

- качество обработки на индивидуальном станке в ручном режиме - удовлетворительное (по чертежу Ra в пределах 0,5-0,8 мкм; по фактическим замерам Ra = 0,54 - 0,72 мкм);

- физико-химические параметры эмульсии не претерпели значимых изменений. Также не наблюдался рост микроорганизмов;

- жалоб на состояние здоровья со стороны рабочих, соприкасающихся с СОЖ «Росойл-910», не было;

- по результатам исследований, проведенных лабораторией промсанитарии ОУТ, состояние воздушной среды в период испытаний находилось в пределах требований ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

В результате лабораторно-промышленных испытаний на ОАО "АВТОВАЗ" сделан вывод: СОЖ «Росойл-910» удовлетворяет требованиям технологии хонингования блока цилиндров, деталь 210831002015 на станке 014.705.324 по качеству обработки и санитарно-гигиеническим свойствам.

Выводы

1. В результате проведенных исследований разработана и внедрена высокоэффективная СОЖ "Росойл-102" предназначенная для нарезания наружной и внутренней резьбы, обладающая высокими триботехническими характеристиками и отвечающая требованиям, предъявляемым к данному виду продуктов.

2. Разработана и внедрена высокоэффективная водосмешиваемая СОЖ „Росойл-910" предназначенная для абразивной обработки металлов (шлифование, хонингование) обеспечивающая улучшение качества обрабатываемой поверхности, санитарно-гигиенических условий труда и пожаро-безопасности производства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под общей ред. С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлинера. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1995. 496 с.: ил.

2. Кащук В.А., Верещагин А.Б. Справочник шлифовальщика.

М.: Машиностроение, 1988. 480с

3. Ребиндер П.А., Щукин Е.Д. Поверхностные явления в твер-

дых телах в процессе их деформации и разрушения/ Успехи физических наук. Т. 108, вып. 1, сентябрь 1972. С. 3-41

4. Технологические свойства новых СОЖ для обработки ре-

занием / Под ред. М.И. Клушина. - М.: Машиностроение 1979.- 192с., ил.

THE RESULTS OF LABORATORY RESEARCH AND INDUSTRIAL TEST LUBRICOOLANT "ROSOIL-102" AND SEMISYN THETIC COOLANT "ROSOIL-910" ON MACHINING EDGE CUTTING AND ABRASIVE

© 2011 V.Yu. Sholom, A.A. Korshunov, D.G. Tyulenev, O.L. Kramer, A.S. Trofimov

Research-and-production association "Self-supporting Creative Center of the Ufa Aviation Institute", Ufa

Submiting the results of laboratory research and industrial test lubricoolant "rosoil-102" and semisyn thetic coolant "rosoil-910" on machining edge cutting and abrasive Key words: grind, cutting, friction

Sholom Vladimir Jurevich, the general director, an E-mail: [email protected]; Kites Andrey Andreevich, the engineer of an E-mail: [email protected] Tjulenev Denis Genrihovich, the laboratory chief,E-mail: [email protected]; Trofimov Andrey Sergeevich., the engineer Kramer Olga Leonidovna, the engineer