Способ подачи масляных сотс
Изобретение относится к машиностроению. Способ подачи одно- и многокомпонентных масляных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) при механической обработке металлов включает направленную подачу масляной СОТС в зону контакта в составе активированного электрическими разрядами ионизированного и озонированного газового потока. Масляную составляющую в количестве 0,005-4,5 г/час вводят в воздушный поток, затем образованную воздушно-масляную СОТС активируют электрическими разрядами с образованием полимерных радикалов за счет модификации молекул СОТС, образующих на поверхности металла пленки, выполняющие функции смазочного материала. Активированную воздушно-масляную СОТС подают в контактную зону при избыточном давлении 0,05-5,0 атм. Обеспечивается повышение стойкости металлорежущих инструментов при лезвийной обработке различных материалов. 1 табл.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке металлов, в частности, к способам подачи масляных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС).
Известен способ подачи масляных СОТС путем полива зоны резания свободно падающей или напорной струей посредством сопла, входящего в систему подачи СОТС металлорежущего оборудования. При этом расход СОТС составляет от 2-3 л/мин до 10-20 л/мин [1].
Недостатками данного способа являются загрязнение СОТС металлическими и неметаллическими включениями, приводящее к интенсификации абразивного изнашивания инструментов; невысокая биологическая стойкость масляной СОТС, что требует периодического введения в ее состав биоцидных препаратов и замены всего состава СОТС с предварительной промывкой и дезинфикацией системы подачи СОТС на металлорежущем оборудовании; утилизация и регенерация отработанных составов масляных СОТС требует применения сложного оборудования и значительных финансовых вложений; невысокая охлаждающая способность масляной СОТС; загазованность зоны резания продуктами термической деструкции СОТС.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подачи масляной СОТС, включающий подачу масляной СОТС направленно в зону контакта в составе активизированного электрическими разрядами ионизированного и озонированного газового потока при давлении не менее 0.04 атм [2].
Основным недостатком этих методов является большая загазованность продуктами распыленной СОТС окружающего пространства, что приводит к ухудшению экологической обстановки и, как следствие, условий труда обслуживающего персонала.
Техническим результатом изобретения является повышение стойкости металлорежущих инструментов путем совокупного действия охлаждающего эффекта, вызванного активированными (ионизированными, озонированными) газообразными СОТС, и смазочного эффекта, обусловленного действием активированных электрическими разрядами микродоз масляной СОТС, подаваемой направленно в зону стружкоотделения.
Технический результат достигается тем, что в качестве смазочного компонента использовалась масляная СОТС, которая подавалась в зону контакта в количестве 0,005-4,5 г/ч с помощью струи газа (в частности, воздуха) при избыточном давлении от 0,05 атм до 5,0 атм посредством ионно-озонатора. Превышение количества масляной СОТС более 4,5 г/ч не приводило к заметному изменению стойкостных показателей инструментов по сравнению с граничными значениями, но при этом фиксировался запах горелого масла. Сопло ионно-озонатора располагалось от зоны контакта на расстоянии 20-100 мм. Уменьшение расстояния менее 20 мм или превышение свыше 100 мм приводило в первом случае к нестабильности поступления ионно-воздушной СОТС с микродозами смазочного компонента в контактную зону инструмента с обрабатываемым материалом в результате помех, возникающих со стороны стружки, во втором - к большому рассеянию СОТС, особенно ее микродозированной составляющей, следствием чего являлось снижение эффективности СОТС.
Газовый поток с находящимися в его составе микродозами смазочного компонента активировался электрическими разрядами (ионизировался, озонировался) на выходе из внутреннего сопла ионно-озонатора. Молекулы масляной СОТС, находящиеся в газовом потоке, взаимодействуя с различными энергетическими частицами и полями, образованными при действии электрических разрядов, частично разрушаются с образованием свободных связей. Например, для случая использования минерального масла, подаваемого воздушным потоком
CmHn+(e, hv...)→Cm-kHn-(2k+1)+(e, hv...),
где k=0, 1, 2, 3 и т.д.
Атомы и радикалы кислорода, также образовавшиеся при действии электрических разрядов ионно-озонатора на воздушный поток, модифицируют посредством свободных связей частично разрушенные молекулы масла с образованием полимерных радикалов. Взаимодействие этих радикалов с химически чистыми поверхностями металла, образующимися в процессах стружкоотделения, приводит к образованию пленок, которые выполняют функции смазочного материала между инструментальным и обрабатываемым материалами, что в макроаспекте приводит к повышению стойкости металлорежущих инструментов.
Охлаждение зоны резания осуществляется активированным (ионизированным, озонированным) газовым потоком.
Апробация предлагаемого способа осуществлялась при лезвийной обработке представителей различных групп конструкционных материалов: инструментальная сталь У8, углеродистая сталь 45, хромистая сталь 40Х, титановый сплав ВТ6. Резание проводилось на операциях точения и фрезерования инструментами, изготовленными из быстрорежущих сталей Р6М5, Р9 и оснащенными пластинками твердого сплава Т5К10, ВК6. В качестве смазочного компонента использовались однокомпонентное минеральное масло И-40А, двухкомпонентное минеральное масло И-40А с растворенным в нем йодом в концентрации 0,5 мас.% и многокомпонентные масляные СОТС МР-4 и режущее масло СП-44.
Пример предлагаемого способа.
При фрезеровании пазов у инструментальной стали У8 фрезами толщиной 0,15 мм и диаметром 17 мм, изготовленными из быстрорежущей стали Р9, при скорости резания V=1,5 м/с, подаче S=315 мм/мин, глубине резания t=0,5 мм в качестве СОТС использовалось индустриальное масло И-40А, которое подавалось в контактную зону:
- путем полива свободно падающей струей в количестве 3,0 л/мин по [1],
- в распыленном состоянии с расходом масла 4,0 г/ч при давлении воздуха 0,25 атм,
- в составе активированного воздушного потока посредством ионно-озонатора. Давление воздушной струи изменялось в пределах 0,05-5,0 атм. Количество масляной СОТС, подаваемой в контактную зону, составляло 0,005-4,5 г/ч.
Расстояние от сопла до зоны контакта изменялось от 20 до 100 мм. Исследовался суммарный (интегральный) износ зубьев фрезы на длине пути резания 9,0 м.
Результаты изменения интегрального изнашивания фрез приведены в табл.1.
| Таблица 1. | |
| Величина суммарного износа прорезных фрез при использовании различных способов подачи СОТС | |
| Способ подачи масляной СОТС | Величина суммарного износа зубьев фрезы, мм |
| Базовый объект | |
| Полив зоны резания свободно падающей струей в количестве 3,0 л/мин | 1010 |
| Способ охлаждения и смазки распыленными жидкостями | |
| Масляная СОТС подавалась в распыленном состоянии посредством воздушного потока при избыточном давлении 0,25 атм. Расход масла составил 4,0 г/ч. Расстояние от сопла до контактной зоны составляло 60 мм | 970 |
| Предлагаемый способ | |
| Масляная СОТС в количестве | 730 |
| 0,02 г/ч подавалась в зону контакта в составе активированного воздушного потока при избыточном давлении 0,25 атм. Расстояние от сопла до контактной зоны составляло 60 мм | |
| Граничные значения | |
| Избыточное значение давления активированного воздуха 0,05 атм | 950 |
| Избыточное значение давления активированного воздуха 5,0 атм | 910 |
| Расход масляной СОТС составил 0,005 г/ч | 960 |
| Расход масляной СОТС составил 4,5 г/ч | 790 |
| Расстояние от сопла до зоны контакта 20 мм | 910 |
| Расстояние от сопла до зоны контакта 100 мм | 960 |
| Запредельные значения | |
| Избыточное значение давления активированного воздуха 0,04 атм | 990 |
| Избыточное значение давления активированного воздуха 5,1 атм | 970 |
| Расход масляной СОТС составил 0,004 г/ч | 980 |
| Расход масляной СОТС составил 4,6 г/ч | 790 |
| Расстояние от сопла до зоны контакта 15 мм | 1000 |
| Расстояние от сопла до зоны контакта 105 мм | 970 |
Соотношение полученных результатов лезвийной обработки для различных операций других обрабатываемых и инструментальных материалов и применяемых масляных СОТС близки к приведенным в таблице.
Литература
1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. Справочник. / Под ред. С.Г.Энтелиса, Э.М.Берлинера. М.: Машиностроение. 1995. 496 с.
2. RU 2230647 C1 20.06.2004.
Способ подачи одно- и многокомпонентных масляных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) при механической обработке металлов, включающий направленную подачу масляной СОТС в зону контакта в составе активированного электрическими разрядами ионизированного и озонированного газового потока, отличающийся тем, что масляную составляющую в количестве 0,005-4,5 г/ч вводят в воздушный поток, затем образованную воздушно-масляную СОТС активируют электрическими разрядами с образованием полимерных радикалов за счет модификации молекул СОТС, образующих на поверхности металла пленки, выполняющие функции смазочного материала, и активированную воздушно-масляную СОТС подают в контактную зону при избыточном давлении 0,05-5,0 атм.
