Влияние СОЖ на момент трения при обработке резанием стали У8 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

3. Лышевский, А. С. Распыливание топлива в судовых дизелях / А. С. Лышевский. — Л. : Судостроение, 1971. — 200 с.

МАКУШЕВ Юрий Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование».

ФИЛАТОВ Алексей Владимирович, аспирант кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование».

Адрес для переписки: шаки8Ьеу[email protected]

Статья поступила в редакцию 26.02.2013 г.

© Ю. П. Макушев, А. В. Филатов

УДК 621-2-°82.18 А. А. РАЖКОВСКИЙ

А. Г. КИСЕЛЬ А. А. ФЁДОРОВ Д. С. РЕЧЕНКО

Омский государственный университет путей сообщения

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ СОЖ НА МОМЕНТ ТРЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ СТАЛИ У8___________________________________________________

Известно, что при резании металлов практически вся энергия расходуется на трение и переходит в тепло. Поэтому при изучении процесса резания с точки зрения износа режущего инструмента главное внимание следует уделять трению и тепловым процессам. Непосредственное влияние на производительность и качество обработки материалов резанием оказывают смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС), осуществляя охлаждающее, смазочное и моющее действие.

Ключевые слова: смазочно-охлаждающая жидкость, момент трения, резание, сталь.

Назначение СОТС — снижение изнашивания режущего инструмента, улучшение качества обрабатываемой поверхности и повышение производительности труда [1]. Смазочное действие СОТС уменьшает силы трения и явления схватывания и адгезии на контактирующих поверхностях инструмента обрабатываемой детали и стружки [2, 3].

Основная задача смазывающего действия СОТС — уменьшение схватывания, задира, фрикционного нагрева и сил трения при перемещении стружки и обрабатываемого металла по передней и задней поверхностям инструмента. В зависимости от свойств обрабатываемого и инструментального материалов СОТС могут уменьшать или увеличивать схватывание между ними, изменять длину контакта стружки с передней поверхностью и силы резания.

С повышением скорости резания и подачи влияние смазывающего действия СОТС на процесс трения и изнашивания снижается, так как ухудшаются условия проникновения СОТС в зону контакта и не успевают образовываться адсорбционные пленки (пленка — это тончайший поверхностный слой, отличающийся от основного металла по составу и структуре) [1]. При повышении смазочных характеристик СОТС могут улучшиться почти все параметры обработки:

— увеличится стойкость инструмента вследствие уменьшения диффузии, схватывания, диффузионного изнашивания и засаливания алмазно-абразивного инструмента;

— возрастет производительность обработки;

— уменьшатся шероховатость и волнистость обработанной поверхности, снизятся остаточные напряжения вследствие лучшего экранирования трущихся поверхностей, локализации сдвиговых деформаций и снижения интенсивности схватывания;

— уменьшаются фрикционный нагрев и температура в зоне резания, с илы трения и расход энергии.

Увеличение смазывающих свойств СОТС может иметь и отрицательные последствия:

— произойдет снижение производительности алмазно-абразивной обработки при недостаточной жесткости системы СПИД (станок —приспособление — инструмент — деталь), например при внутреннем шлифовании и суперфинишировании, из-за увеличения количества зерен, скользящих по обрабатываемой поверхности и не участвующих в процессе резания;

— уменьшится стойкость инструмента, если исчезнет нарост, предохраняющий переднюю поверхность от изнашивания, или если отдельные компоненты СОТС вызовут повышенное коррозионномеханическое изнашивание инструмента;

— возрастут силы резания при обработке металлов, граничные пленки которых имеют более высокую прочность, чем сам металл (например, силы резания при обработке алюминия, свинца, меди резцами, из быстрорежущей стали на воздухе больше, чем в вакууме) [1].

Смазывающие свойства СОТС оценивают на металлорежущих станках при резании металлов и на машинах трения. При резании металлов смазыва-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013

Рис. 1. Схема работы машины трения «колодка—ролик»

\№ образца

Рис. 2. Чертеж образца «ролик»

б

Рис. 3. Испытательная камера: а — без крышки; б — закрытая крышкой.

1 — испытательная камера; 2 — втулка; 3 — каретка; 4 — смотровое окно; 5 — струбцина; 6 — крышка; 7 — механизм нагружения

а

0.4

о ооо о оооооооооооооооооооооооос о о о о о о о о о о о о с о о о о о о о о о с о о о о о о с

• сч т ,!т «о о -с с4. с

—' —1 — — — —' ^ — СЧ Г-3 СЧ (Ч ГЗ М ГЧ СЧ ГЧ СЧ г

Количество ЦИКЛОВ

Рис. 4. Графики зависимостей момента трения от количества циклов при применении различных СОЖ

ющие свойства СОТС оценивают по составляющим силы и мощности резания, по коэффициентам трения на передней и задней поверхности инструмента, по величине износа инструмента, наличию нароста и налипов. На результаты испытаний СОТС при резании оказывают влияние моющие, охлаждающие, диспергирующие свойства СОТС.

При определении смазывающих свойств СОТС на машине трения другие их свойства оказывают минимальное влияние на результаты испытаний. Такие машины позволяют определить показатели, характеризующие как противозадирные, так и про-

тивоизносные и антифрикционные свойства СОЖ. Для испытаний на машинах трения требуется небольшое количество СОТС, что крайне важно при разработке новых составов [1].

Задача исследований — выяснить, как влияет применение различных марок смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) на момент трения при токарной обработке. Для решения данной задачи проводили испытания на машине трения ИИ 5018 по схеме «колодка-ролик» (рис. 1). Колодка изготовлена из твердого сплава Т15К6, ролик — из стали марки У8 в отожженном состоянии. Для предотвращения вреза-

Результаты испытаний различных СОЖ на машине трения ИИ 5018

Число циклов Момент трения, Нм

Смальта 3 Смальта 3*ЕР Смальта 11 Биосил М Биосил С Б^осиі 2000 Біазосиі 4000 Isogгind Addino1

100 0,625 0,625 1,3 0,675 1,75 0,6 0,65 0,75 0,575

200 0,625 0,625 1,2 0,7 1,65 0,625 0,65 0,85 0,55

300 0,625 0,6 1,2 0,7 1,675 0,65 0,65 0,875 0,525

400 0,625 0,575 1,15 0,95 1,675 0,65 0,65 0,875 0,55

500 0,6 0,6 1,05 0,9 1,675 0,65 0,625 0,9 0,525

600 0,625 0,6 0,95 0,875 1,7 0,65 0,65 0,9 0,5

700 0,625 0,6 0,9 0,9 1,7 0,65 0,65 0,9 0,5

800 0,6 0,6 0,875 0,9 1,7 0,65 0,65 0,9 0,525

900 0,6 0,575 0,875 0,875 1,75 0,625 0,65 0,9 0,525

1000 0,6 0,575 0,875 0,9 1,725 0,65 0,675 0,9 0,5

1100 0,625 0,575 0,85 0,9 1,725 0,65 0,675 0,9 0,5

1200 0,6 0,575 0,875 0,9 1,725 0,625 0,675 0,9 0,525

1300 0,6 0,575 0,825 0,9 1,725 0,65 0,675 0,9 0,5

1400 0,6 0,575 0,8 0,9 1,7 0,625 0,7 0,9 0,5

1500 0,6 0,575 0,8 0,9 1,65 0,625 0,7 0,9 0,5

1600 0,6 0,575 0,775 0,9 1,6 0,625 0,7 0,9 0,5

1700 0,6 0,55 0,775 0,9 1,6 0,625 0,725 0,9 0,5

1800 0,6 0,575 0,775 0,9 1,6 0,625 0,825 0,875 0,5

1900 0,6 0,575 0,775 0,9 1,65 0,625 0,825 0,875 0,5

2000 0,6 0,55 0,775 0,9 1,65 0,625 0,75 0,875 0,5

2100 0,6 0,575 0,75 0,9 1,65 0,625 0,75 0,875 0,5

2200 0,6 0,575 0,725 0,9 1,65 0,65 0,75 0,875 0,5

2300 0,6 0,575 0,725 0,9 1,65 0,65 0,775 0,9 0,5

2400 0,6 0,575 0,7 0,9 1,65 0,65 0,8 0,875 0,5

2500 0,6 0,55 0,7 0,875 1,65 0,65 0,8 0,875 0,5

2600 0,575 0,55 0,7 0,875 1,65 0,65 0,8 0,875 0,5

2700 0,6 0,55 0,7 0,875 1,65 0,65 0,8 0,875 0,5

2800 0,575 0,55 0,7 0,9 1,65 0,65 0,825 0,875 0,5

2900 0,6 0,55 0,7 0,9 1,65 0,65 0,825 0,875 0,5

3000 0,575 0,55 0,675 0,9 1,65 0,625 0,825 0,875 0,5

ния колодки в материал ролика острые кромки колодки выполнены со скруглением радиусом 2 мм. На рис. 2 представлен чертеж образца «ролик».

Для проведения экспериментов применяли испытательную камеру 1 (рис. 3) для работы в жидких средах.

Испытания проводили следующим образом. Ролик устанавливали на валу через втулку 2 (рис. 3) и фиксировали гайкой. На вал каретки 3 перед установкой верхнего образца крепили крышку 6. На неподвижном валу каретки устанавливали образец «колодка» в держателе и фиксировали гайкой. Каретку сдвигали в левое положение, плавно опускали до соприкосновения образцов, фиксировали и крепили крышку камеры 6 струбцинами 5. При этом контакт колодки и ролика происходил в средней части колодки. Затем колодку прижимали к ролику посредством механизма нагружения 7 с силой Р, которую контролировали с помощью указателя усилия, расположенного на приборной стойке. Через отверстие в верхней части камеры заливали испытываемую СОЖ до уровня 1 — 1 так, чтобы ролик был погружен в СОЖ

на глубину его радиуса. Уровень СОЖ контролировали через окно 4.

Испытания проводились при следующих режимах: сила прижатия колодки к ролику Р = 49,05 Н, частота вращения ролика л=150 об./мин, периодичность измерения момента трения 100 циклов (оборотов ролика), общее количество циклов каждого эксперимента 3000.

Перед каждым экспериментом образцы и испытательную камеру очищали этиловым спиртом, ГОСТ 18300-87 [4].

Для оценки применялись десятипроцентные водные растворы СОЖ следующих марок: Смальта-3, Смальта-3*ЕР, Смальта-11, І8одгіп<3, Б^оси 2000, Б^оси 4000, А<Міпо1, Биосил С и Биосил М.

Полученные моменты трения вносили в протокол испытаний, на основании которого составляли табл. 1 и строили графики зависимостей момента трения М, Нм, от количества циклов для каждой СОЖ (рис. 4). Анализ графика позволяет сделать вывод о том, что применение различных марок СОЖ снижает момент трения.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013

Проанализировав результаты экспериментов, можно сделать следующее заключение: наилучшие смазочные свойства (наименьший момент трения) при испытаниях на машине трения обеспечили следующие марки СОЖ: Addino1, Смальта-3*ЕР и Смальта 3, Б^оси! 2000. Наименее эффективной является СОЖ марки Биосил С, с применением которой момент трения максимальный.

Также следует отметить, что после 600 циклов все графики зависимостей устанавливаются на определенном уровне и с течением времени изменяются незначительно.

Таким образом, данный метод позволяет рекомендовать применение конкретной СОЖ при обработке исследуемого материала. Эффективной считается СОЖ, применение которой обеспечивает наименьший момент трения.

Дальнейшие исследования будут направлены на определение эффективности данных СОЖ при обработке других материалов.

Библиографический список

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

2. Курчик, Н. Н. Смазочные материалы для обработки металлов резанием (состав, свойства и основы производства) / Н. Н. Курчик, В. В. Вайншток, Ю. Н. Шехтер. — М. : Химия, 1972. - 312 с.

3. Худобин, Л. В. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке / Л. В. Худобин, Е. Г. Бердичевский. — М. : Машиностроение, 1977. — 189 с.

4. ГОСТ 18300-87. Спирт этиловый ректификованный технический. Технические условия. — Введ. 1987 — 06 — 26. — М. : Изд-во стандартов, 2007. — 7 с.

РАЖКОВСКИЙ Александр Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава» Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС).

КИСЕЛЬ Антон Геннадьевич, аспирант кафедры «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава» ОмГУПС.

ФЁДОРОВ Алексей Аркадьевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Технология машиностроения» Омского государственного технического университета (ОмГТУ). РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» ОмГТУ.

Адрес для переписки: к18е11988@та11.ш

Статья поступила в редакцию 09.01.2013 г.

© А. А. Ражковский, А. Г. Кисель, А. А. Фёдоров,

Д. С. Реченко

Книжная полка

Подувальцев, В. В. Законодательная метрология : учеб. пособие для вузов по направлению 221700 «Стандартизация и метрология» / В. В. Подувальцев. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Ба-

умана, 2012. - 271 c. - ISBN 978-5-7038-3588-3.

Рассмотрены нормативно-правовые принципы законодательной метрологии и организация метрологической деятельности в РФ, в том числе формы государственного регулирования в соответствии с Федеральным законом от 26.06.2008 № 102 «Об обеспечении единства измерений». В пособие входят комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, направленных на обеспечение единства измерений и нуждающихся в регламентации. Задача пособия — помочь студентам и всем желающим в системном изучении документов законодательной метрологии и формировании правового мышления в различных сферах метрологической деятельности с учетом не только норм внутреннего права РФ, но и общепринятых принципов и норм международного права и норм международных договоров РФ.

Кобенко, В. Ю. Фрактальные шкалы. Анализ и классификация процессов : моногр. / В. Ю. Ко-бенко. - Saarbrücken : LAP Lambert Academic Publishing, 2011. - 110 c. - ISBN 978-38433-2103-7.

Задачи анализа и классификации процессов сложной формы возникают в различных сферах человеческой деятельности, например, при контроле и диагностике в областях медицины и техники, при изучении физических явлений и т.п. При решении таких задач в основном используются методы математической статистики, спектрального и корреляционного анализов, которые выявляют характеристики процесса, но не дают полной информации о нем. При этом сами характеристики описываются достаточно сложными выражениями с множеством влияющих параметров. С возникновением фрактальной геометрии стало возможным описание и представление сложных процессов фрактальными моделями, в достаточно простом и наглядном виде. Автором разработаны новые методы фрактального анализа, ориентированные на комплексную оценку свойств процессов. Разработана технология создания и использования фрактальных шкал объективной классификации процессов на основе предложенных методов. Представлены результаты анализа и классификации реальных сигналов. Данная работа может быть полезна для тех, кто занимается вопросами классификации и идентификации процессов сложной формы, в том числе и случайных.