Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки алюминия резанием

  1. Состав СОЖ (СОТС)
  2. Присадки в составе СОЖ для станков
  3. Основные функции СОЖ
  4. Классификация СОЖ
  5. Смазочно-охлаждающие жидкости для операций резания
  6. Как правильно эксплуатировать СОЖ для станков

При обработке металлов резанием или пластическим деформированием происходит выделение большого количества теплоты. В результате нагревания рабочего инструмента и поверхности заготовки ухудшается качество обработки, повышается износ дорогостоящего инструмента и оснастки, изменяется структура поверхностных слоев металла заготовки. Это, в свою очередь приводит к снижению рабочих свойств и качеству конечных изделий.

Для предотвращения перечисленных проявлений и повышения качества обработки поверхности заготовки применяют специальные охлаждающие технические средства – СОТС.

По агрегатному состоянию СОТС делятся на газообразные, жидкие, твердые.

Наибольшее распространение получили жидкие СОТС – смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).

Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ)

– специальная субстанция, используемая при работе станков по обработке металла. Каждый технологический процесс токарного или фрезерного станка сопровождается трением, которое может привести к деформации обрабатываемой детали, поломке дорогостоящего станка или его части, изменению механических свойств металла.

Основное предназначение СОЖ для металлообработки — разделение поверхностей, подвергающихся трению, и снижение температуры инструмента. Эта жидкость образует смазочную пленку на рабочих поверхностях, которая снижает силу трения и силу, необходимую для резания. Введение в состав продукта особых присадок упрощают процесс резания – молекулы жидкости быстро проникают в микротрещины на поверхности металла и как бы вбивают клин между его частицами.

Состав СОЖ (СОТС)

Состав рецептуры большинства СОЖ для металлообработки примерно одинаков. В продуктах разных производителей и названий меняется лишь концентрация того или иного вещества или присадка, нужная конкретному процессу или металлу.

Эффективная СОЖ для станков включает в себя:

  • Смазки из натуральных или синтетических масел
  • Присадки, обладающие различными эксплуатационными свойствами
  • Вещества, препятствующие расслоению смазочно-охлаждающих жидкостей на фракции
  • Антикоррозионные и износоснижающие компоненты
  • Добавки, снижающие пенообразование и агрессивность по отношению к обрабатываемым металлам

Присадки в составе СОЖ для станков

Присадки – важная составляющая СОЖ для металлообработки. Имея совсем небольшую концентрацию, они позволяют значительно улучшить качество и эффективность работы с металлом.


Присадки различного назначения выполняют несколько важных функций:

  • Повышают стойкость металлов к коррозии
  • Противодействуют износу благодаря снижению износа рабочих поверхностей инструмента
  • не дают образовываться задирам на поверхности металлической заготовки в процессе обработки,
  • Предотвращают образование пены, снижающей качество СОЖ, и появление масляного тумана, который вредно действует на кожу и дыхательные органы рабочего персонала

Основные функции СОЖ

Смазочно-охлаждающие жидкости для металлорежущих станков выполняют следующие основные функции:

  • Охлаждение режущего инструмента, нагревающегося при работе, и увеличение его срока службы
  • Повышение качества обработки поверхности металла
  • Удаление с рабочих поверхностей пыли, грязи, металлической стружки и т. д.
  • Смазывание зоны трения для повышения ресурса резцов, снижения коэффициента трения и выделения теплоты
  • Повышение производительности станка за счет увеличения скорости, улучшения качества и точности обработки

Подбор смазочно-охладительной жидкости для механообработки алюминиевых сплавов

жидкости для механообработки алюминиевых сплавов

Введение

К процессу металлообработки алюминиевых сплавов предъявляют следующие требования:

1) высокая точность обработки и низкая шероховатость;

2) высокая производительность и исключение доводочных работ;

3) малая чувствительность к разбросу механических свойств и геометрических размеров (многообразие марок материала инструмента);

4) относительно небольшая стоимость инструмента.

Однако обработка данных материалов вызывает значительные трудности, связанные с их высокой вязкостью, что приводит к образованию нароста, перегреву и уменьшению стойкости режущего инструмента, снижению качества обработанной детали.

Применение современного станочного оборудования, инструмента с износостойкими покрытиями и подведение в зону резания смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) не всегда позволяет обеспечить требуемые параметры качества и производительности. Тем не менее на сегодняшний день металлорежущие станки отвечают требованиям точности. Предлагаемый ассортимент инструмента и результаты многочисленных исследований позволяют подобрать такие режущие пластины, применение которых максимально повышает производительность и качество обработки.

В то же время, несмотря на разработку большого количества марок СОЖ и испытания в данной области, не существует единой методики, обеспечивающей выбор наиболее эффективной СОЖ. Подбор эффективной марки СОЖ, согласно имеющимся данным, позволяет снизить силы резания на 20 %. Поэтому целесообразно разработать методику, обеспечивающую выбор такой марки.

В общем случае СОЖ оказывают на процесс резания смазочное, охлаждающее, моющее, диспергирующее, режущее, пластифицирующее и другие действия. Одним из основных функциональных действий СОЖ является смазочное действие, т. к. снижение трения в зоне резания приводит к уменьшению интенсивности износа инструмента, к снижению сил резания, средней температуры резания, шероховатости обрабатываемой детали. Поэтому необходимо исследовать смазочное действие СОЖ, чтобы подобрать конкретную марку для обработки данных сплавов.

Исследование смазочного действия СОЖ

Смазочное действие оценивают по результа- там испытаний как на самих металлорежущих станках в процессе обработки, так и на машинах трения. Применение машин трения позволяет не только сократить расход материалов, самой СОЖ и затрачиваемого времени, но и исключить влияние других действий. Поэтому смазочное действие СОЖ в данной работе оценивалось по результатам испытаний на машине трения. На рис. 1 представлена машина трения, применявшаяся для исследований СОЖ.

Так как токарная обработка является наиболее распространенным видом механической обработки, для проведения исследований применялась такая схема нагружения машины трения, которая позволяла смоделировать данный вид обработки, – схема «колодка – ролик» (рис. 2).

Колодка изготовлена из материала обраба- тывающего инструмента – твердого сплава Т15К6. В качестве материала для изготовления роликов был выбран один из наиболее распространенных представителей алюминиевых сплавов – сплав Д16.

Проведение исследований производилось при силе давления на колодку P=400 Н и частоте вращения ролика n=500 об/мин. Сила нагружения выбрана в соответствии с силами резания, возникающими при металлообработке данных сплавов. Частота вращения ролика получена расчетным путем из его диаметра и рекомендаций скорости резания.

Ролик устанавливался на вал и вводился в контакт с колодкой. Камера закрывалась крыш- кой и заполнялась испытываемой СОЖ. Затем включалось вращение ролика с частотой n, и посредством механизма нагружения плавно прикладывалась нагрузка на колодку до достижения ее значения Р.

По показаниям приборов определялись максимальное и минимальное значения момента трения. Среднее значение момента получено как среднее арифметическое результатов пяти опытов. По имеющимся данным рассчитывался действительный коэффициент трения f по формуле:

Для проведения испытаний использовались 10%-е водные растворы СОЖ нескольких марок: Addinol WH430, Blasocut 4000, Sinertek ML, Укринол-1М, Росойл-500, Аквол-6, Экол-Б2. Помимо этого, испытания проводились без применения СОЖ.

Результаты исследований приведены в табл. 1.

Результаты проведенных исследований позволяют оценить смазочное действие испытанных СОЖ при обработке представленных групп материалов. Полученные данные обеспечивают возможность подбора наиболее технологически эффективной СОЖ для обработки приведенных материалов по смазочному действию.


Эффективность применения каждой марки СОЖ необходимо определять в сравнении с обработкой без применения СОЖ. Величина эффективности Kсм по смазочному действию при обработке различных материалов определяется по формуле:

Чем меньше значение Kсм, тем эффективнее данная марка при обработке испытанного материала. В табл. 2 представлена эффективность испытанных марок СОЖ по смазочному действию.

Из [4, 5] известно, что при обработке с низкими скоростями, когда СОЖ лучше всего попадает в зону резания, смазочное действие СОЖ оказывает наибольшее влияние. Таким образом, применение СОЖ с высоким смазочным действием целесообразно при черновой обработке.

По табл. 2 видно, что при обработке алюминиевого сплава Д16 наиболее эффективным по смазочному действию являются СОЖ марок Росойл-500 (Ксм = 0,089), Аквол-6 (Ксм = 0,089) и Экол-Б2 (Ксм = 0,096).

Выводы

1. В работе выполнены экспериментальные исследования смазочного действия испытанных СОЖ. Представленные результаты позволяют подобрать наиболее эффективную марку СОЖ для черновой обработки алюминиевых сплавов.

2. Результаты работы будут особенно полезны при производстве деталей авиационной техники, так как к авиационным деталям предъявляют повышенные требования по качеству и точности обработки.

3. Применение эффективной СОЖ обеспечивает максимально возможное снижение трения и средней температуры резания, что приводит к продлению срока службы инструмента, снижению сил резания, уменьшению шероховатости поверхности, повышению точности обработки.

Источник: Научный журнаул «Современные технологии. Системный анализ. Моделирование» — выпуск №3 (47)

Классификация СОЖ

К каждому технологическому процессу нужна СОЖ, свойства которой максимально будут отвечать специфике материала и характеристикам станка.

Обычно в металлообрабатывающем производстве используется несколько видов СОЖ для металлообработки:

  • Масляные СОЖ.

    Их основа – минеральное или синтетическое масло. Для получения особых свойств жидкости в состав вводят присадки. Такие СОЖ отлично смазывают поверхности, но плохо снижают температуру, поэтому используются для мягких металлов при несложных работах.

  • Водосмешиваемые СОЖ

    – в составе этих жидкостей могут быть спирты, эмульгаторы, масла, электролиты, присадки и т. д. Хорошо охлаждает инструменты и металлы, но обладают скромными смазывающими характеристиками,

  • Минеральные СОЖ

    – производится из нефтяных продуктов, используется преимущественно для работы фрезерных и токарных станков для резания стали,

  • Синтетические и полусинтетические СОЖ

    – эти виды смазочно-охлаждающих жидкостей изготавливаются на основе смеси водорастворимых полмиров с добавлением поверхностно-активных веществ, ингибиторов, биоцидов и т.д.

  • Эмульсии СОЖ

    – составы с большей, по сравнению с водосмешиваемыми, концентрацией дисперсных компонентов. Такие жидкости имеют отличные смазывающие и противоизносные характеристики.

Кроме состава, СОЖ можно классифицировать и по другим критериям, например:

  • По способу приготовления или составления рабочей жидкости различают эмульсолы – готовые жидкости, в составе которых есть присадки, мешающие расслоению, – и концентраты СОЖ, смешиваемые с водой перед использованием для получения эмульсий СОЖ
  • По вязкости, температуре вспышки, кислотному числу и т.д. (масляные СОЖ)

Обрабатываемые металлы и сплавы

Металл, безусловно, накладывает свои требования на состав и характеристики СОЖ, и требования эти зачастую определяют ее выбор. Ниже перечислены наиболее часто встречающиеся в отрасли металлы и сплавы, расположенные по возрастанию сложности их обработки:

  • Сплавы магния
  • Сплавы алюминия
  • Сплавы меди
  • Серый чугун
  • Низко- и среднелегированные стали
  • Высоколегированные стали
  • Нержавеющие стали
  • Жаропрочные стали
  • Инструментальные стали
  • Хромоникелевые сплавы
  • Сплавы никеля и кобальта
  • Сплавы титана

Безусловно, выше показано весьма упрощенное деление, основанное по большей части на значениях силы резания и уровне воздействия на инструмент и не учитывающее ряд факторов. Например, сплавы магния вроде бы находятся в первой строке. Однако такая позиция справедлива без учета необходимости принятия особых мер пожарной безопасности при их обработке. Серый чугун не требует высоких усилий резания и часто обрабатывается «всухую», однако гораздо эффективнее и безопаснее держать мелкую стружку, образующуюся при обработке этого металла в объеме СОЖ, а не в атмосфере рабочей зоны. Помимо этого, чугун подвержен коррозии, поэтому СОЖ должна обладать хорошими антикоррозионными свойствами. Алюминий тоже относительно легко обрабатывается, однако, являясь пластичным металлом, способен образовывать нарост на инструменте, что негативно сказывается на размерной точности детали, и СОЖ призвана решать именно эту проблему.

С другой стороны, при работе с жаропрочными сплавами образование нароста маловероятно, но стойкость инструмента будет сильно зависеть от наличия и количества в СОЖ противозадирных присадок, некоторые из которых вызывают коррозию сплавов меди. С особенностями обработки жаропрочных сплавов и сплавов титана мы познакомились в прошлой статье («РИТМ машиностроения» № 8/2018). Пожалуй, каждый металл или сплав достоин отдельной статьи, однако нам нужно двигаться дальше.

Смазочно-охлаждающие жидкости для операций резания

Отметим, какие смазочно-охлаждающие жидкости наиболее распространены при проведении различных операций резания на токарных станках:

  • Полуторапроцентный раствор кальцинированной соды в кипяченой воде (для чернового обтачивания)
  • Вода, тринатрийфосфат и тринит натрия – повышает антикоррозийную стойкость
  • Вода, эмульсол и сода – обеспечивает обтачивание высокого качества
  • Масло (индустриальное и льняное) и керосин – для высокоточной работы дорогостоящими резцами
  • Сульфофрезол и керосин – для глубокого сверления металла
  • Керосин – при работе с алюминием и его сплавами

Обработка металла давлением также требует применения СОЖ для металлообработки, но такие материалы должны обладать особыми свойствами. Металлообработка давлением характеризуется значительными усилиями и невысокой скоростью скольжения между деталью и инструментом, поэтому СОЖ должна быть достаточно вязкой, стойкой к расслоению при высоких температурах. Зачастую в составе таких жидкостей содержится тонкочешуйчатый графит, который минимизирует трение в зоне пластической деформации.

Особые смазочно-охлаждающие материалы применяются также при работе с алюминием и его сплавами. Этот металл имеет свойство налипать на поверхности режущего инструмента, с которыми соприкасается. По этой причине СОЖ для алюминия должны обеспечивать высокое качество чистовой обработки заготовки. При работе с алюминием обычно используются эмульсии СОЖ на основе жирных кислот и вещества с этиленгликолем или глицерином.

Почему иногда лучше фрезеровать без СОЖ

Во время того, как режущая кромка входит в резание или выходит из него, происходит резкий температурный перепад. Режущая кромка подвергается в этот момент термическому шоку, что зачастую приводит к появлению термических трещин, а далее — к поломке. Считается, что чем температура в зоне резания выше, тем меньше потребность в использовании смазочно-охлаждающей жидкости. При чистовой фрезеровке материала жидкость не приносит вреда, поскольку выделение тепла при этом значительно меньше.

Отсутствие смазки при черновой обработке увеличивает прочность режущей фрезерной кромки. Это не отменяет температурных колебаний, однако оставляет их в допустимых пределах. Таким образом, черновое фрезерование АМГ6 без СОЖ вполне возможно и даже желательно.

В перечисленных ниже режимах использовать жидкость разрешено и не представляет опасности для инструмента:

  • Чистовая обработка алюминиевых сплавов (для защиты от налипания стружки).
  • Фрезерование тонкостенных деталей (для сохранения заданной геометрии).
  • Работа с жаропрочными материалами (для уменьшения трения).

Если стружка забилась в глубокие выемки на станке или детали, то устранить ее поможет описанный выше метод масляного тумана. Также следует понимать, что для лучшего качества фрезеровки с применением смазки необходимо гарантировать ее достаточную и непрерывную подачу.

Наша компания предлагает приобрести в Санкт-Петербурге любые смазочно-охлаждающие жидкости по разумной цене. Лично отвечаем за качество продукции.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Для любых предложений по сайту: [email protected]