Способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств

Способ включает подачу СОТС и углеродных нанотрубок в зону контакта инструмента с обрабатываемым материалом посредством жидкого носителя. Для повышения стойкости при лезвийной обработке используют углеродные нанотрубки, имеющие в своем составе микродозы трибоактивных веществ. При этом концентрацию упомянутых углеродных нанотрубок в жидком носителе устанавливают в интервале 0,01-1,50 весовых процентов. 1 табл.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к механической обработке металлов, в частности, к способам подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС).

Известный и наиболее близкий по технической сущности представляет собой способ подачи СОТС в зону резания, включающий подачу СОТС и нанотрубок посредством жидкого носителя в зону контакта инструмента с обрабатываемым материалом [1].

Основным недостатком данного способа является невысокая эффективность действия углеродных нанотрубок на повышение стойкостных показателей инструментов.

Наиболее близким по достигаемому эффекту является способ подачи СОТС в зону резания в виде микрокапсул, которые представляют собой частицы вещества СОТС размером 10-50 мкм, заключенные в тонкую оболочку пленкообразующего материала. Подача микрокапсул в зону контакта осуществляется посредством жидкого носителя свободно падающей струей. В состав микрокапсул дополнительно вводят вещество, обладающее сегнетоэлектрическими свойствами для придания микрокапсулам направленного движения к зоне контакта [2].

Недостатком данного способа является относительно большие размеры микрокапсул, что затрудняет их проникновение в зону контакта инструмента с обрабатываемым материалом и, как следствие, приводит к уменьшению интенсивности образования разделительных смазочных пленок, экранирующих адгезионные взаимодействия трибосопряженных металлических поверхностей.

Целью настоящей работы является повышение стойкости металлорежущих инструментов путем разработки нового способа подачи микродоз СОТС в составе углеродных нанотрубок с улучшенными трибологическими характеристиками на основе их транспортирования в контактную зону инструмента с обрабатываемым материалом посредством жидкого носителя.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве СОТС использовались углеродные нанотрубки, изготовленные по [3], которые имели в своем составе микродозы трибоактивных веществ и подавались в зону резания посредством жидкого носителя. В качестве трибоактивных компонентов использовались: йод, хлор, сера. В качестве жидкого носителя использовались: дистиллированная вода, индустриальные и растительные масла, консистентные смазочные материалы. Жидкий носитель, имеющий в своем составе нанотрубки с трибоактивными компонентами, подавался в зону резания капельным способом из расчета: для дистиллированной воды 1-3 с-1, масел - 0,5-1 с-1, консистентной смазки - предварительное нанесение на рабочие поверхности инструментов.

Концентрация нанотрубок, имеющих длину 400-500 нм при диаметре от 1,5 нм до 20 нм, составляла 0,01-1,5% (весовых) от веса носителя. При этом, верхний предел (1,5%) является условной величиной, т.к. превышение концентрации нанотрубок более 1,5% практически не приводило к заметному увеличению стойкостных показателей инструментов по сравнению с теми значениями, которые были зафиксированы при расходе 1,5%.

При попадании углеродной нанотрубки в зону контактирования инструмента с обрабатываемым материалом под действием высоких температур, давлений, относительного перемещения обрабатываемого материала по рабочим поверхностям инструмента нанотрубка разрушалась. При этом происходят два одновременно протекающих процесса, оказывающих влияние на трибологическую обстановку зоны резания. Разрушение нанотрубок приводит к выделению, находящихся в их составе, трибоактивных элементов в зону непосредственного контакта инструмента с обрабатываемым материалом. Эти элементы инициируют протекание радикально-цепных реакций, продуктом которых является образование смазочных структур на границе раздела трибосопряженных металлических поверхностей, что приводит к облегчению условий резания и повышению стойкости режущего инструмента.

Одновременно с этим, при разрушении нанотрубки происходит ее геометрическая перестройка - из трубки она разворачивание в плоскость - графен, если стенки трубки представляют собой моноатомный слой. Попадая в контактную зону инструмента с обрабатываемым материалом, графен разделяет трибосопряженные поверхности инструмента и обрабатываемого материала, уменьшая адгезионные взаимодействия между ними. Это способствует уменьшению интенсивности адгезионного изнашивания рабочих поверхностей инструментов и, как следствие, повышению их износостойкости.

Если стенка нанотрубки представляет собой многослойную композицию, то в результате ее разрушения образуется пачка моноатомных плоскостей, связь между которыми достаточно слабая, т.е. физико-механические свойства этой пачки подобны графиту, который относится к твердым смазочным материалам. Таким образом, в этом случае к первому механизму (уменьшение адгезионных взаимодействий) добавляется механизм смазочного действия в результате скольжения моноатомных слоев друг относительно друга.

Апробация предлагаемого способа осуществлялась при лезвийной обработке представителей различных групп конструкционных материалов: углеродистая сталь 45, нержавеющая аустенитная сталь 12Х18Н10Т, титановые сплавы ВТ6, ВТ5-1. Резание проводилось на операциях точения и сверления инструментами, изготовленными из быстрорежущих сталей Р6М5 и оснащенных пластинками твердого сплава Т5К10.

Пример предлагаемого способа.

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 в качестве СОТС использовались: распыленные ионизированные СОТС по [2], углеродные нанотрубки по [4], нанотрубки по предлагаемому способу, имеющие в своем составе йод. Подача нанотрубок в зону резания осуществлялась посредством дистиллированной воды капельным способом в количестве 2 капля в секунду. Количество нанотрубок, подаваемых в контактную зону, составляло 0,01-1,5% от веса носителя. За критерий износа принимался износ по задней поверхности резца до достижения фаски износа 0,6 мм. Результаты изменения стойкостных характеристик инструментов приведены в табл.1.

Таблица 1
Результаты стойкостных испытаний быстрорежущих резцов при использовании различных СОТС
№ п/п Используемая СОТС Стойкость резцов мин.
Базовый объект
1 Углеродные нанотрубки по [1] подавались в зону резания посредством дистиллированной воды каплями с периодичностью 2 с-1 при концентрации нанотрубок в носителе 0,5%. 25
Прототип
2 Магнитные микрокапсулы по [2] подавались в контактную зону посредством дистиллированной воды каплями с периодичностью 2 с-1 при концентрации микрокапсул в носителе 2,0%. 43
Предлагаемый способ
3 Содержащие йод нанотрубки подавались в зону контакта посредством дистиллированной воды каплями с периодичностью 2 с-1. Концентрация нанотрубок составляла 0,5% от веса носителя. 57
Граничные значения
4 Концентрация нанотрубок составила 0,01%. 45
5 Концентрация нанотрубок составила 1,5%. 59
Запредельные значения
6 Концентрация нанотрубок составила 0,009%. 41
7 Концентрация нанотрубок составила 1,6%. 58

Соотношение полученных результатов лезвийной обработки для других веществ, входящих в состав нанотрубок, а так же для различных операций резания и других обрабатываемых и инструментальных материалов близки к приведенным в таблице 1.

Литература.

1. JP 2004-331737, C09K 3/14, 25.11.2004

2. Патент РФ N 2072291. Способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (варианты). Авторы: Латышев В.Н., Наумов А.Г., Чиркин С.А., Оношин Н.М., Ключников С.В.

3. Патент РФ №2146648. Способ получения углеродных нанотрубок. Авторы: Авдеева Л.Б., Лихолобов В.А.

Способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в зону резания, включающий подачу СОТС и углеродных нанотрубок в зону контакта инструмента с обрабатываемым материалом посредством жидкого носителя, отличающийся тем, что используют углеродные нанотрубки, имеющие в своем составе микродозы трибоактивных веществ, при этом концентрацию упомянутых углеродных нанотрубок в жидком носителе устанавливают в интервале 0,01-1,50 вес.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к механической обработке металлов, в частности к способу охлаждения и смазки режущих инструментов посредством применения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и компонентов.

Режущий инструмент содержит режущую пластину, соединенную с охлаждающей пластиной, выполненной с отверстием для прохода хладагента. Для повышения стойкости режущей пластины передняя поверхность режущей кромки режущей пластины выполнена с выступами и пазами между ними, а охлаждающая пластина выполнена с лицевыми поверхностями, пазами и массивами лицевой поверхности ниже плоскости передней поверхности режущей кромки режущей пластины для соответственного соединения с выступами и пазами режущей пластины.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при высокоскоростной обработке вращающимся инструментом титановых и других материалов с низкой теплопроводностью.
Изобретение относится к области обработки деталей резанием и содержит режущий элемент, привод для приведения в действие режущего элемента, вал, присоединенный к приводу и режущему элементу, пенообразующий аппарат, предназначенный для образования и направления пены через вал к границе резки, вакуумный аппарат, включающий кольцо, проходящее вокруг вала, окружающее границы резки и имеющее множество радиальных и аксиальных всасывающих каналов, источник вакуума, соединенный с упомянутыми каналами и устройство для преобразования пены в жидкость, содержащее несколько трубок, предназначенных для преобразования пены в жидкость при прохождении пены через них.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при пластической деформации микронеровностей внутренней поверхности деталей с подачей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для подачи смазочно-охлаждающей жидкости. .

Изобретение относится к области высокоскоростной обработки деталей на оборудовании с ЧПУ, в частности к системам охлаждения резцов передней и задней бабок. .

Изобретение относится к охлаждающим устройствам, в частности форсункам, используемым при механической обработке материалов, в частности взрывчатых веществ (ВВ) при утилизации боеприпасов.

Изобретение относится к технологии генерации газокапельных струй эжекцией и может быть использовано в машиностроении, например, для нанесения расплавленного распыленного твердого смазочного материала на шлифовальный круг.

Изобретение относится к переносной ручной моторной цепной пиле. В корпусе пилы расположен узел привода для приведения в движение пильной цепи, перемещаемой вокруг направляющей шины. Узел привода содержит двигатель внутреннего сгорания, коленчатый вал которого расположен перпендикулярно продольной оси моторной цепной пилы и на одном конце имеет приводную звездочку для пильной цепи, а на другом конце - рабочее колесо вентилятора охлаждения двигателя. Поток холодного воздуха от вентилятора охлаждения двигателя проходит перпендикулярно продольной оси моторной цепной пилы, обтекая цилиндр двигателя внутреннего сгорания, расположенный между приводной звездочкой и вентилятором охлаждения двигателя. Поток холодного воздуха выходит через отверстие корпуса. Кроме того, предусмотрена рукоятка в виде трубы, которая огибает корпус двигателя перпендикулярно продольной оси моторной цепной пилы и которой соответствует ограждающее устройство, расположенное между трубообразной рукояткой и передним концом направляющей шины. Ограждающее устройство с помощью по меньшей мере одной ножки крепится в области отверстия корпуса для вывода потока холодного воздуха. В области отверстия корпуса расположен воздухонаправляющий элемент, который закреплен на ножке ограждающего устройства или выполнен с ножкой ограждающего устройства как единое целое. В результате обеспечивается лучшее охлаждение глушителя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов. На станке проводят кратковременное резание (10-15 с) материала без применения СОЖ, фиксируя величины составляющих силы резания. Испытания проводятся с помощью универсального динамометра. Затем проводят кратковременное резание материала, применяя водный раствор СОЖ испытуемой марки, также фиксируя величины составляющих силы резания. Подача СОЖ в зону резания осуществляется свободно падающей струей на режущий инструмент и обрабатываемую деталь. Измерения проводятся при различной скорости резания, подаче и глубине резания. Результаты проведенных испытаний сводятся в таблицу, и рассчитываются результирующие силы резания Ррез с СОЖ и без нее соответственно по формуле: , и определяется коэффициент технологической эффективности К исследуемой марки СОЖ по формуле: , где РрезСОЖ - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Ррез - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н. Эффективной считается СОЖ, обеспечивающая наименьшие силы резания и коэффициент К при заданных режимах резания. Заявляемый способ оценки технологической эффективности СОЖ позволяет значительно снизить трудоемкость и время исследования эффективности СОЖ при заданных режимах резания. 2 ил.

Режущий инструмент содержит режущий элемент в виде вставной режущей пластины, охлаждаемой косвенно с помощью теплообменника с микроканалами, который установлен у задней поверхности вставной режущей пластины. Теплообменник выполнен с внутренней камерой, в которую подают охлаждающую жидкость, такую как криогенная жидкость. Камера может содержать ребра для улучшения отвода тепла криогенной жидкостью от вставной режущей пластины. С внутренним пространством теплообменника соединены подающая и отводящая трубки для охлаждающей жидкости. Технический результат: снижение расхода криогенной жидкости. 16 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Держатель инструмента позволяет эжектировать охладитель из положения поблизости от обрабатываемой части и подавать охладитель в требуемое место без необходимости предусмотрения отверстия для подачи смазочно-охлаждающей жидкости внутри инструмента. Держатель инструмента включает хвостовую часть, выполненную с возможностью удерживания основным валом станка, часть крепления инструмента, имеющую на своей торцевой поверхности отверстие для ввода, в которое вводят инструмент, крышку, имеющую трубчатую стенку, которая закрывает внешнюю периферию части крепления инструмента, и донную поверхность, которая закрывает торцевую поверхность части крепления инструмента, и ограничитель, который предотвращает вращение крышки вместе с частью крепления инструмента. На донной поверхности крышки предусмотрены сквозное отверстие, через которое проходит инструмент, и эжекционное отверстие, расположенное на периферии сквозного отверстия для эжектирования охладителя к инструменту. 7 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ включает механическое воздействие на деталь резца в процессе их взаимного перемещения и подачу в зону резания озонированного воздуха под давлением посредством сопла, размещенного на расстоянии 10 мм от передней поверхности резца. При этом продольную ось сопла располагают в плоскости главной задней поверхности резца под углом 70-80° к его главной режущей кромке, а озонированный воздух подают непосредственно на главную режущую кромку резца. Технический результат: повышение износостойкости инструмента, производительности и качества обработки. 1 ил., 2 пр.
Способ включает ионизацию газового потока в коронном разряде. Для повышения стойкости режущего инструмента перед ионизацией поток среды с расходом от 50 до 100 л/мин пропускают через пористо-сетчатую перегородку регулярной структуры, выполненной с направленными порами с размерами от 0,2 до 1 мм.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при бурении отверстий в бетоне или камне с подачей охлаждающей жидкости в бурильную часть бура. Устройство для подачи охлаждающей жидкости присоединено к электрическому буровому инструменту и выполнено с возможностью подачи охлаждающей жидкости в бурильную часть на дальнем конце бура. Оно содержит первый фланцевый элемент и второй фланцевый элемент, расположенные на торсионном валу, имеющем общую ось с буром. Первый фланцевый элемент расположен со стороны бура, а второй - дальше от бура вдоль торсионного вала, выполнен с возможностью его поднятия и опускания и снабжен стопорным элементом. Между фланцевыми элементами образовано пространство для впрыскивания охлаждающей жидкости. Между первым фланцевым элементом и буром расположен подающий канал для охлаждающей жидкости для направления жидкости в пространство к буру. Обеспечивается качественное выполнение буровых работ в небольшом пространстве с использованием аккумуляторного бурового инструмента. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при обработке шлифовальными или другими инструментами на станах с полым шпинделем. Переходное устройство содержит входное отверстие в своей первой части для соединения с центральным проходом вала, по меньшей мере одно выходное отверстие во второй своей части, которая выступает в радиальном направлении за первую часть и предназначена для удерживания инструмента, соединительное средство для крепления переходного устройства и распределяющий текучую среду проход, соединяющий впускное отверстие по меньшей мере с одним выходным отверстием так, что смазочно-охлаждающая эмульсия подается к инструменту через по меньшей мере одно выходное отверстие переходного устройства. Улучшается подача смазочно-охлаждающей эмульсии к точкам контакта инструмента с деталью, увеличивается срок службы инструмента и обеспечивается возможность его автоматической смены. 6 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области станкостроения. Штревель для соединения инструментодержателя с цангой в шпинделе станка с ЧПУ содержит корпус для установки инструментодержателя, имеющий продольный проход для подачи охладителя, который имеет возможность соединения с полостью корпуса, уплотнительное кольцо, установленное между концом продольного прохода и упомянутой полостью, пружину, установленную в полости, и шарик, находящийся в контакте с пружиной. Шарик установлен с возможностью открывания или запирания конца продольного прохода в зависимости от режима внутренней или внешней подачи охладителя. Представлен станок с ЧПУ для механической обработки, в котором используется данный штревель. Использование изобретения позволяет повысить производительность за счет исключения переналадки оборудования. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 19 ил., 2 табл.
Наверх