Principles of selection of cutting technological mediums for metal cutting

Full Text

Применение эффективных СОТС является важным фактором интенсификации процесса резания и обеспечения высокого качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей. За счет рационального выбора СОТС обеспечивается: повышение производительности обработки; увеличение стойкости режущего инструмента; улучшение качества поверхностного слоя за счет снижения шероховатости, формирования остаточных напряжений сжатия; повышение точности обработки в результате снижения интенсивности износа инструмента, уменьшения температурных деформаций заготовки, инструмента, элементов оборудования; эвакуация стружки из зоны резания, что особенно необходимо при обработке глубоких отверстий; улучшение санитарно-гигиенических условий труда и экологии окружающей среды; сокращение себестоимости производства за счет увеличения производительности и снижения расходов на режущий инструмент. Эффективность действия СОТС при лезвийной обработке зависит от их рационального выбора с учетом влияния охлаждающего и смазочного действия СОТС на механизмы пластической деформации в зоне резания, изнашивания инструмента и образования микронеровностей. Следует учитывать, что зависимости стойкости инструмента от скорости резания имеют немонотонный характер (рисунок 1). В зоне низких скоростей резания, когда V < Vo; где: Vo - минимальная целесообразная скорость резания, преобладает адгезионно - усталостный износ инструмента. Температура резания мало влияет на интенсивность износа инструмента. В этих условиях основную роль играет смазочное действие СОТС. При использовании СОТС на поверхностях контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом образуются разделительные пленки, что вызывает снижение сил адгезии и уменьшение размеров и устойчивости нароста. Уменьшение сил адгезии приводит к снижению интенсивности износа твердосплавного инструмента, так как твердый сплав имеет низкое сопротивление растягивающим напряжениям. Уменьшение размеров нароста может привести к увеличению интенсивности износа быстрорежущего инструмента вследствие ослабления защитной роли нароста. В связи с этим для быстрорежущего инструмента в зоне низких скоростей резания наиболее эффективными являются СОТС с умеренной смазочной активностью, которые не ослабляют в значительной мере защитное действие нароста, а для твердосплавного инструмента наиболее эффективны самые активные СОТС, уменьшающие силы адгезии. Рисунок 1. Зависимость стойкости инструмента от скорости резания В зоне высоких скоростей резания, когда V<Vо и температура резания оказывает решающее влияние на интенсивность износа, наибольшее значение имеет охлаждающее действие жидкостей. При непрерывном резании в этом диапазоне скоростей для снижения интенсивности износа целесообразно применение СОТС с высокими охлаждающими свойствами как для быстрорежущего так и для твердосплавного инструмента. На рисунке 2 показано влияние СОТС на стойкость быстрорежущего и твердосплавного инструмента при точении жаропрочного сплава на никелевой основе ЭИ893 при применении жидкостей с различным содержанием активных присадок. Рисунок 2. Влияние СОТС на стойкость быстрорежущих и твердосплавных резцов при точении заготовок из жаропрочного сплава на никелевой основе ЭИ893 (S=0,2 мм/об; t = 1,5 мм): быстрорежущие резцы (1 - СОТС с высоким содержанием присадок; 2 - воздух; 3 - СОТС с умеренным содержанием присадок); твердосплавные резцы: (4 - воздух; 5 - СОТС с высоким содержанием присадок) Рисунок 3. Влияние скорости резания на шероховатость обработанной поверхности при работе с различными СОТС: 1 - всухую; 2 - умеренно активная СОТС; 3 - активная СОТС Из графика видно, что применение сильнодействующей СОТС в зоне низких скоростей резания до 10 раз снизило стойкость быстрорежущего инструмента и до двух раз повысило стойкость твердосплавного инструмента. Влияние СОТС на шероховатость поверхности при точении в широком диапазоне скоростей резания представлено на рисунке 3. В зоне низких скоростей резания при интенсивном наростообразовании применение наиболее активных СОТС приводит к значительному уменьшению нароста и, как следствие этого, к снижению шероховатости обработанной поверхности. Таким образом, при выборе рациональной СОТС следует учитывать ее влияние как на стойкость, так и на шероховатость поверхности, особенно при работе быстрорежущим инструментом в зоне низких скоростей резания. Следует выбирать среду, которая, обеспечивая требования шероховатости поверхности, повышает стойкость инструмента. При выборе СОТС необходимо учитывать характер процесса резания. В условиях прерывистого резания твердосплавным инструментом с высокими скоростями использование СОТС на водной основе может привести к повышению интенсивности износа и разрушению инструмента вследствие увеличения циклических термических напряжений. В связи с этим, при прерывистом резании твердосплавным инструментом в случае необходимости следует применять пластичные или твердые смазки. В некоторых случаях, например, при фрезеровании жаропрочных сплавов как твердосплавным, так и быстрорежущим инструментом, целесообразно применение СОЖ на водной основе с активными присадками. Исследование влияния пластичных смазок на стойкость твердосплавного инструмента при фрезеровании заготовок из жаропрочного сплава привело к выводу, что максимальный эффект от действия смазок проявляется в условиях резкого выхода режущих кромок из металла, при этом стойкость твердосплавного инструмента повышается до 10 раз по сравнению с работой без СОТС. При работе с плавным выходом эффект несколько снижается, что связано с уменьшением адгезионного износа вследствие уменьшения максимальных давлений в момент плавного выхода. Однако и в этом случае использование смазок позволяет до 5 раз повысить стойкость твердосплавных фрез (рисунок 4). Рисунок 4. Влияние СОТС на стойкость твердосплавного инструмента при торцовом фрезеровании заготовок из жаропрочного сплава ЭИ893 в условиях резкого и плавного выхода режущих кромок из металла (Sz = 0,2 мм/зуб; t =1,5 мм; В = 45 мм): резкий выход: (1 - воздух; 2 - пластичная смазка); плавный выход (3 - пластичная смазка; 4 - воздух). Заключение В ГНЦ РФ ОАО НПО “ЦНИИТМАШ” проведены испытания широкой номенклатуры СОТС при резании труднообрабатываемых жаропрочных и тугоплавких материалов и разработаны рекомендации по рациональному применению СОЖ и смазок на различных операциях механической обработки конструкционных материалов в условиях непрерывного и прерывного резания быстрорежущим и твердосплавным инструментом (1-4).

About the authors

M. E Kuscheva

PJSC RPA “CNIITMASH”

Email: 14otd@mail.ru
Ph.D.; +7 495 675-85-05

D. N Klauch

PJSC RPA “CNIITMASH”

Email: 14otd@mail.ru
Ph.D.; +7 495 675-85-05

O. A Kobelev

PJSC RPA “CNIITMASH”

Email: 14otd@mail.ru
Dr. Eng.; +7 495 675-85-05

References

Supplementary files