Способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств, реализующих эффект избирательного переноса
Предложен способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), реализующих эффект избирательного переноса в зоне контактирования инструментального и обрабатываемого материалов при металлообработке, включающий использование пропитанного магниточувствительными веществами графита. Магниточувствительные вещества имеют медную оболочку и служат для осуществления направленного перемещения СОТС. При этом образованный медно-графитовый комплекс подается в контактную зону либо как индивидуальное СОТС, либо в качестве компонента СОТС посредством жидкого или газообразного носителя. Обеспечивается повышение износостойкости режущих инструментов. 2 табл.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке металлов, в частности к способам подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и их компонентов.
Известный способ подачи медьсодержащей СОТС в зону резания представляет собой применение медненого графита с размером частиц 100-200 мкм, который в качестве компонента добавляется в консистентную СОТС, предварительно наносимую на обрабатываемую поверхность детали или режущий инструмент [1].
Основными недостатками такого способа являются большой расход СОТС в результате его разбрызгивания вращающимися деталью или инструментом, значительные размеры частиц медненого графита, что затрудняет их доступ в контактную зону.
Известен способ реализации эффекта безызносности при трении путем формирования на трущихся поверхностях медьсодержащих слоев из технологической смазочной композиции состава: присадка МКФ-18, представляющей собой 50%-ный раствор медьсодержащего продукта в индустриальном масле И20А, - 0,3%, масло индустриальное И-20А - остальное [2].
Основной недостаток данного способа - затруднительность применения при обработке металлов резанием в результате длительного времени формирования медьсодержащего слоя на контактирующих поверхностях для реализации эффекта безызносности (100-200 ч [2]).
Наиболее близким по технической сущности является способ подачи СОТС и их компонентов в виде магнитовосприимчивой смазочной композиции, в которой для придания компонентам СОТС направленного движения к контактной зоне используются ферромагнитные жидкости [3].
Однако в данном способе не предусмотрена возможность использования медьсодержащего компонента для реализации эффекта избирательного переноса. Кроме того ферромагнитные жидкости имеют высокую стоимость, что значительно удорожает их применение в качестве компонента СОТС.
Техническим результатом данного изобретения является повышение износостойкости режущих инструментов путем разработки способа направленной подачи СОТС в контактную зону, имеющего в своем составе медьсодержащий компонент для реализации эффекта избирательного переноса и безызносного трения.
Технический результат достигается тем, что медь предварительно наносится на поверхность магниточувствительного вещества с размерами частиц 10-15 нм, в виде тонкой пленки толщиной до 20 нм, например на магнетит Fe3O4, который используется для получения ферромагнитных жидкостей. Осаждение меди на поверхности магнетита может осуществляться любым из известных физических или химических способов, например по [4]. Суспензией медненого магнетита в дистиллированной воде пропитывают мелкодисперсный графит, размеры частиц которого составляют от 0,1 до 40-50 мкм, в количестве 0,5-15,0% от веса графита. Толщина оболочки более 20 нм приводит к чрезмерному утяжелению магниточувствительных частиц, что уменьшает их количество в графите и, как следствие, приводит к нарушению оптимальной концентрации медно-графитового комплекса в контактной зоне. Полученный медно-графитовый комплекс может использоваться как индивидуальное СОТС в количестве от 0,5 до 50 г/ч, так и в качестве компонента СОТС в концентрации 5-20 мас. %. Количество используемого медно-графитового комплекса может изменяться в зависимости от вида операции механической обработки, обрабатываемого материала, условий процесса резания. При этом верхний предел (50 г/ч или 20 мас. %) является условной величиной, т.к. превышение концентрации медно-графитового комплекса более указанных величин практически не приводило к заметному увеличению стойкостных показателей инструментов по сравнению с теми значениями, которые были зафиксированы при расходе по максимально указанным значениям.
Подача его в контактную зону осуществляется посредством жидкого или газообразного носителя, который может представлять собой и активированное вещество (например, ионизированный газовый поток).
Магниточувствительное вещество под действием специально наведенных или естественно возникающих в процессах трения и резания магнитных полей способствует направленному перемещению частичек графита и других компонентов СОТС (в случае многокомпонентной системы) непосредственно в контактную зону. Графит инициирует смазочное действие как твердое смазочное вещество, а медная оболочка магниточувствительных компонентов, взаимодействуя в зоне контакта с химически активными металлическими поверхностями, образует интерметаллидные соединения и усиливает смазочное действие эффектом избирательного переноса.
Апробация предлагаемого способа осуществлялась при лезвийной обработке представителей различных групп конструкционных материалов:
углеродистая сталь 45, хромистая сталь 40Х, нержавеющая аустенитная сталь 12Х18Н10Т, жаропрочный сплав ВЖ-98, титановые сплавы ВТ6, ВТ5-1. Резание проводилось на операциях точения и фрезерования инструментами, изготовленными из быстрорежущих сталей Р6М5, Р9 и оснащенных пластинками твердого сплава Т5К10, Т15К6, ВК6.
Пример предлагаемого способа
В качестве магниточувствительного вещества использовался магнетит Fe3O4 с размерами частиц 10-15 нм. Формирование медной оболочки толщиной 8-12 нм осуществлялось по [4].
При точении титанового сплава ВТ6 ГОСТ 19807-74, ОСТ 1.90173-75 упорнопроходными резцами из быстрорежущей стали Р6М5 при глубине резания t=0,5 мм, подаче S=0,1 мм/об и скорости резания V=0,46 м/с использовалась однокомпонентная СОТС, состоящая из медно-графитовых комплексов, подаваемая в контактную зону посредством ионизированного воздушного потока в количестве 3-50 г/ч. За критерий износостойкости принимался износ по задней поверхности резцов при фаске износа 0,6 мм.
Результаты изменения стойкостных характеристик инструментов приведены в табл.1, 2.
| Таблица 1 | ||
| Результаты стойкостных испытаний быстрорежущих резцов при точении стали 45 | ||
| № п/п | Используемая СОТС | Стойкость резцов, мин |
| Базовый объект | ||
| 1 | Использовалась 20%-ная смазочная композиция, изготовленная по способу [3] описания | 12 |
| Предлагаемый способ | ||
| 2 | Медно-графитовый комплекс, содержащий 7% медненого магнетита, подавался в контактную зону ионизированным воздушным потоком из расчета 25 г/ч | 28 |
| Граничные значения | ||
| 3 | Количество медно-графитового комплекса, с содержанием медненого магнетита 7%, составляло 0,5 г/ч | 13 |
| 4 | Количество медно-графитового комплекса, с содержанием медненого магнетита 7%, составляло 50 г/ч | 28 |
| Запредельные значения | ||
| 5 | Количество медно-графитового комплекса, с содержанием медненого магнетита 7%, составляло 0,2 г/ч | 10 |
| 6 | Количество медно-графитового комплекса, с содержанием медненого магнетита 7%, составляло 55 г/ч | 29 |
| Таблица 2 | ||
| Результаты стойкостных испытаний быстрорежущих резцов при точении сплава ВТ6 в зависимости от толщины медных пленок на магнетите | ||
| № п/п | Используемая СОТС | Стойкость резцов, мин |
| Базовый объект | ||
| 1 | Использовалась 20%-ная смазочная композиция, изготовленная по способу [3] описания | 26 |
| Предлагаемый способ | ||
| 2 | Медно-графитовый комплекс, содержащий 7% медненого магнетита, подавался в контактную зону ионизированным воздушным потоком из расчета 25 г/ч при толщине медных пленок, сформированных на магнетите, 10 нм | 43 |
| Граничные значения | ||
| 3 | Пленка наносилась фрагментами с толщиной 0,5-1,0 нм | 26 |
| 4 | Толщина медной пленки составляла 19-20 нм | 35 |
| Запредельные значения | ||
| 5 | Пленка не наносилась | 22 |
| 6 | Толщина медной пленки составляла 22-23 нм | 25 |
Соотношение полученных результатов лезвийной обработки для различных операций других обрабатываемых и инструментальных материалов, а также применение многокомпонентных СОТС с использованием в качестве одного из компонентов медно-графитового комплекса близки к приведенным в таблицах 1, 2.
Литература
1. А.с. СССР №1531465,С10М.
2. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. М.: Изд-во МСХА. 2001, 616 с.
3. Патент РФ №2215776, С10М.
4. Юдина Т.О., Омельченко В.Я., Кузьмин Л.Л. Способ химического меднения порошкообразных материалов. // Рук. деп. в ВИНИТИ 11.04.77, №1357-77. - М.
Способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) при механической обработке металлов, включающий направленное перемещение СОТС, содержащих пропитанный магниточувствительными веществами графит, в контактную зону, отличающийся тем, что пропитанный магниточувствительными веществами графит подают в контактную зону либо как индивидуальное СОТС в количестве 0,5-50 г/ч, либо в качестве компонента СОТС в концентрации 5-20 мас.% посредством жидкого или газообразного носителя, причем магниточувствительные вещества присутствуют в графите в количестве 0,5-15,0% от веса графита и покрыты медной оболочкой толщиной до 20 нм.
