Способ оценки комплексной эффективности смазочно-охлаждающей жидкости

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях для оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых в процессах металлообработки. Способ оценки комплексной эффективности смазочно-охлаждающей жидкости включает оценку антифрикционных, противозадирных, противоизносных и охлаждающих свойств смазочно-охлаждающей жидкости и расчет коэффициента комплексной эффективности по формуле:

где Р_{с СОЖ} - нагрузка сваривания, полученная с применением испытываемой СОЖ; Р_{с вода} - нагрузка сваривания, полученная с применением воды; V_{макс СОЖ} - максимальная скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой СОЖ; V_{макс вода} - максимальная скорость охлаждения воды; Т_вода ^_ сила трения, полученная с применением воды; Т_СОЖ - сила трения, полученная с применением испытываемой СОЖ; Ди _вода - диаметр пятна износа, полученный с применением воды; Ди _СОЖ - диаметр пятна износа, полученный с применением испытываемой СОЖ. Наиболее эффективную СОЖ определяют по набольшему значению коэффициента К. Изобретение обеспечивает комплексную оценку эффективности СОЖ и позволяет снизить трудоемкость выбора наиболее эффективной СОЖ. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях для оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых в процессах металлообработки.

Известен способ оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), используемой при резании материала (патент РФ №2528294, МПК: B23Q 11/10, опубл. 09.10.2014), по которому определяется коэффициент технологической эффективности К исследуемой марки СОЖ по формуле:

К=Р_резСОЖ/Р_рез, где Р_резСОЖ - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Р_рез - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н.

Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что данный способ не учитывает противозадирных, противоизносных и охлаждающих свойств СОЖ.

Известен также способ оценки противозадирных свойств технологических смазочных материалов для холодной обработки металлов давлением (патент РФ №2376601, МПК: G01 N33/30, опубл. 20.12.2009), по которому определяли показатель задиростойкости ψ для испытуемых смазочных материалов, который вычисляли по формуле:

где е₀ и e₁ - степени деформации при возникновении первой риски на образце без смазочного материала или покрытия, и образце с испытуемым смазочным материалом или покрытием соответственно, τ₀ и τ₁ - напряжения трения для образца без смазочного материала или покрытия и образца со смазочным материалом или покрытием соответственно. СОЖ с более высоким значением ψ обладает наилучшими противозадирными свойствами.

Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что данный способ не учитывает охлаждающие и противоизносные свойства СОЖ.

Также известен способ оценки эффективности смазочных материалов (патент РФ №2572526С1, МКП: G01N 19/04, опубл. 20.01.2016), по которому эффективность смазочного материала определяют пол формуле:

где Р_эт.1, Р_эт.2 - сила выдавливания и выталкивания, в процессе холодного прямого выдавливания, при использовании эталонного смазочного материала, соответственно;

Р_{ис. 1}, Р_ис.2 ^_ сила выдавливания и выталкивания при использовании исследуемого смазочного материала, соответственно.

Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что данный способ также не учитывает противоизносных и охлаждающих свойств СОЖ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ оценки технологической эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (патент РФ №2548938, МПК:G01N 11/00, опубл. 20.04.2015), по которому осуществляют измерение действительного коэффициента трения в течение 10-20 с применением оцениваемой СОЖ и без нее, максимальную скорость охлаждения температурного датчика в испытываемой СОЖ и на воздухе (без СОЖ) от температуры, возникающей в зоне резания, до комнатной температуры. Затем рассчитывают коэффициент комплексной эффективности по формуле:

где К_СОЖ - коэффициент трения, полученный с применением испытываемой СОЖ; К_безСОЖ - коэффициент трения, полученный без применения СОЖ; V_безСОЖ - максимальная скорость охлаждения на воздухе; V_СОЖ - максимальная скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой СОЖ.

Недостатками ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что смазывающее действие СОЖ оценивают по коэффициенту трения, который может характеризовать только антифрикционные свойства СОЖ. Хорошо известно, что более полно смазывающие свойства любого смазочного материала характеризуются наличием показателей противозадирных, противоизносных и антифрикционных характеристик.

Кроме этого, к недостаткам известного способа можно отнести сравнение значений коэффициента трения и особенно скорости охлаждения для исследуемой СОЖ с соответствующими значениями на воздухе. Известно, что вода обладает высокими охлаждающими характеристиками. Поэтому в большинстве тяжело нагруженных процессов металлообработки обработка ведется с использованием водосмешиваемых СОЖ, так как высокие температуры на контакте инструмент - деталь приводят к снижению срока службы инструмента.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей способа и снижение трудоемкости выбора наиболее эффективной СОЖ.

Техническим результатом изобретения является установление зависимости между антифрикционными, противозадирными, противоизносными и охлаждающими характеристиками смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых в процессах металлообработки.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе оценки комплексной эффективности смазочно-охлаждающей жидкости, при котором технологическую эффективность смазочно-охлаждающей жидкости оценивают по антифрикционным свойствам, а охлаждающие свойства по величине максимальной скорости охлаждения температурного датчика, согласно изобретению антифрикционные свойства смазочно-охлаждающей жидкости оценивают по величине отношения значений сил трения воды и оцениваемой смазочно-охлаждающей жидкости, определяемых на четырехшариковой машине трения, противозадирные свойства смазочно-охлаждающей жидкости по величине отношения значений нагрузок сваривания смазочно-охлаждающей жидкости и воды, определяемых на четырехшариковой машине трения, противоизносные свойства смазочно-охлаждающей жидкости по величине диаметра пятна износа воды и оцениваемой смазочно-охлаждающей жидкости, определяемые на четырехшариковой машине трения, а охлаждающие свойства по отношению значений максимальной скорости охлаждения оцениваемой смазочно-охлаждающей жидкости и воды, рассчитывают коэффициент комплексной эффективности по формуле:

где

Р_{с СОЖ} - нагрузка сваривания, полученная с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости;

Р_{с вода} - нагрузка сваривания, полученная с применением воды;

V_{макс СОЖ} - максимальная скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости;

V_{макc вода} - максимальная скорость охлаждения воды;

T_вода - сила трения, полученная с применением воды;

Т_СОЖ - сила трения, полученная с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости;

Ди _вода - диаметр пятна износа, полученный с применением воды;

Ди _СОЖ - диаметр пятна износа, полученный с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости,

наиболее эффективную смазочно-охлаждающую жидкость определяют по набольшему значению коэффициента K.

Существо изобретения поясняется чертежами и таблицей. На фиг. 1. приведена схема установки датчика силы на четырехшариковой машине трения для определения антифрикционных свойств СОЖ. На фиг. 2. изображена схема установки для определения охлаждающих характеристик СОЖ и с механизмом переноса термодатчика. В таблице сведены результаты испытаний различных марок СОЖ начетырехшариковой машине трения (ЧМТ-1) и результаты испытаний на установке для определения охлаждающей способности технологических жидкостей.

Предлагаемый способ осуществляется следующим способом. Схема установки датчика силы на четырехшариковой машине трения для определения антифрикционных свойств СОЖ (фиг. 1) содержит:

1 - узел трения; 2 - датчик силы; 3 - призма; 4 - рычаг; 5 - грузы.

Схема установки для определения охлаждающих характеристик СОЖ и с механизмом переноса термодатчика (фиг. 2) содержит:

6 - основание; 7 - печь; 8 - емкость с подогревом и перемешивающим устройством; 9 - блок управления; 10 - шаговые двигатели; 11 - держатель термодатчика; 12 - П-образная вертикальная стойка; 13 - термодатчик; 14 - втулка-заглушка; 15 - направляющие.

Измерение нагрузки сваривания, и диаметра пятна износа СОЖ и воды производят на четырехшариковой машине трения (ЧМТ-1). Диаметр пятна износа определяют при нагрузке 20 кгс. Силу трения определяют с помощью датчика силы, установленном на четырехшариковой машине трения (фиг 1 поз. 2). Датчик силы фиксирует величину силы трения, возникающую при вращении верхнего шарика по трем нижнем при нагрузке 20 кгс в течение часа. Для расчетов выбирают максимальное значение силы трения. Для определения охлаждающих характеристик СОЖ и воды используют установку для определения охлаждающих характеристик технологических жидкостей см. фиг. 2. Основные технические характеристики установки соответствуют требованиям международных стандартов ISO 9950, ASTM D6200 - 01и ASTM D6482 - 06.

Конкретный пример реализации предлагаемого способа

Датчик силы 2 (фиг. 1) позволяет в любой момент времени фиксировать момента трения, возникающего при трении верхнего шарика о нижние. Вся информация о значениях момента трения после обработки процессором поступает в ПЭВМ и выдается в виде графика «момент трения-время».

По величине момента трения определяли силу трения по формуле:

где М_тр - момент трения, Нхм;

где Т - сила трения, Н;

L - расстояние от оси вращения верхнего шарика до места крепления датчика силы, м.

Нагрузку сваривания и диаметр пятна износа определяли на четырехшариковой машине трения (ЧМТ-1). Диаметр пятна износа определяли при нагрузке 20 кг.

Для определения максимальной скорости охлаждения СОЖ и воды использовали установку см. фиг. 1. Основные технические характеристики установки соответствуют требованиям международных стандартов ISO 9950 (1999 г. ), ASTM D6200 - 01 (2017 г.) и ASTM D6482 - 06 (2016 г.). Цилиндрический образец - термодатчик 13 из никелевого сплава, имеющий термопару в своем геометрическом центре, нагревается в печи 7 до определенной температуры и затем переносится в двух литровую емкость 8 с испытуемой СОЖ. Перенос термодатчика из печи в термостатированную емкость 8 с пробой СОЖ производится автоматически с помощью механизма переноса. Проба тестируемой СОЖ нагревалась до 40°±2°Си перемешивалась в процессе испытаний со скоростью 1000 об/мин. Для определения комплексного показателя эффективности применялись пятипроцентные водные растворы СОЖ следующих марок «Росойл-500», «Росойл-910» и «Росойл-920», а также водопроводная вода с жесткостью 7 мг-экв/ли минеральное масло И-20А по ГОСТ 20799-88. Для приготовления водных растворов СОЖ использовалась также водопроводная вода с жесткостью 7 мг-экв/л. Наиболее эффективную СОЖ определяли по набольшему значению коэффициента K. Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ данной таблицы показывает, что наиболее эффективной по коэффициенту комплексной эффективности является СОЖ марки «Росойл-500». К=6,89 (значительно больше остальных).

Заявленный способ является комплексной оценкой эффективности СОЖ, который позволяет установить зависимость между охлаждающими, противозадирными, противоизносными и антифрикционными характеристиками водорастворимых смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых в процессах металлообработки, а так же снизить трудоемкость выбора наиболее эффективной СОЖ и значительно расширить функциональные возможности способа.

Способ оценки комплексной эффективности смазочно-охлаждающей жидкости, при котором технологическую эффективность смазочно-охлаждающей жидкости оценивают по антифрикционным свойствам, а охлаждающие свойства по величине максимальной скорости охлаждения температурного датчика, отличающийся тем, что антифрикционные свойства смазочно-охлаждающей жидкости оценивают по величине отношения значений сил трения с применением воды и оцениваемой смазочно-охлаждающей жидкости, определяемых на четырехшариковой машине трения, противозадирные свойства смазочно-охлаждающей жидкости по величине отношения значений нагрузок сваривания смазочно-охлаждающей жидкости и воды, определяемых на четырехшариковой машине трения, противоизносные свойства смазочно-охлаждающей жидкости по величине диаметра пятна износа с применением воды и оцениваемой смазочно-охлаждающей жидкости, определяемые на четырехшариковой машине трения, а охлаждающие свойства по отношению значений максимальной скорости охлаждения оцениваемой смазочно-охлаждающей жидкости и воды, рассчитывают коэффициент комплексной эффективности по формуле:

где Р_{с СОЖ} - нагрузка сваривания, полученная с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости;

Р_{с вода} - нагрузка сваривания, полученная с применением воды;

V_{макс СОЖ} - максимальная скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости;

V_{макс вода} - максимальная скорость охлаждения воды;

Т_вода - сила трения, полученная с применением воды;

Т_СОЖ - сила трения, полученная с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости;

Ди _вода - диаметр пятна износа, полученный с применением воды;

Ди _СОЖ - диаметр пятна износа, полученный с применением испытываемой смазочно-охлаждающей жидкости,

наиболее эффективную смазочно-охлаждающую жидкость определяют по набольшему значению коэффициента К.