New technology of processing of cutting tool by use of activated air

Abstract

A method of increasing wear resistance of cutting tools by the application of activated the air flow is introduced. The results of studying the influence of the ozonized air on the intensity of wear of the cutting tool are presented.

Full Text

В машиностроении для повышения эффективности процесса резания все технологические процессы обработки осуществляются в основном с применением смазочноохлаждающих технологических сред (СОТС) для уменьшения сопротивления изнашивания [1, 2]. Содержащие компоненты в СОТС очень вредны для здоровья человека. В результате обработки выделяются такие вещества, как альдегиды, хлористый водород, нитрид натрия и др., которые представляют угрозу здоровью человека и загрязнению окружающей среды. Все эти недостатки позволяют сделать вывод о создании новой технологии с полной компенсацией их физических эффектов. На сегодняшний день этот вопрос является актуальным. В связи с этим была разработана новая, обладающая высокой конвекционной способностью технология на основе применения активированного воздуха, способная эффективно компенсировать физические эффекты СОТС, такие как охлаждающий и пластифицирующий эффект. Механическая обработка деталей с помощью активированного воздуха повышает износостойкость режущего инструмента, производительность процесса обработки и обеспечивает эффективное охлаждение режущего инструмента. Поскольку в воздухе содержится азота – 78 %, кислорода –21 % и один процент инертных газов (аргон, неон, криптон и др.), углекислый газ и другие газообразные примеси и окиси, то за счет разницы потенциалов физико-химический состав воздуха изменяется. Это объясняется тем, что одной из аллотропных модификаций является озон О3, который образуется из объемного кислорода под действием тлеющего электрического разряда. 3О2 = 2О3 – 285 кДж (t пл - 192ОС; t кип = - 112ОС) . Стандартная энтальпия образования озона положительна и равна 142,5 кДж/моль, т.е. озон при образовании из кислорода поглощает тепло = 285кДж, однако озон легко разлагается на О3 → О2 + О и сопровождается значительным выделением энергии равной 163 кДж/моль. Он считается сильным окислителем, но он слабее, чем атомарный кислород. При механообработке все щелочные металлы при воздействии на них озона образуют озониды, которые содержат ион О3-. Кк + О3(г) = КО3(к). Кроме этого, озон бурно реагирует с органическими веществами, даже при низкой температуре окисляя соединения, с которыми кислород не реагирует. В зависимости от характера обработки и условий его протекания энергия может выделяться или поглощаться в различных формах. В результате при распаде озон поглощает тепло (285 кДж), которое выделилось в процессе обработки между режущим инструментом и заготовкой, т.е. 2/3О3 = О2 +22,7 ккал, и тем самым обеспечивает эффект охлаждения. Для получения активированного воздуха была разработана установка и технология, которая позволяет решить задачу повышения износостойкости режущего инструмента [3-6]. Данное устройство позволяет изменять количество заряженных частиц за счет управляемого датчика напряжения и давления воздуха. Производственные испытания проводились на станке Liechti с ЧПУ (ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют») с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры. В качестве объекта исследований использовали твердосплавные фрезы ВК10ХОМ (R<1о; Z=4) для чистового фрезерования титановых лопаток ВТ6. Критерием затупления является износ по задней поверхности зуба. Результат исследований показан на рисунке 1. В результате исследований установлено, что износостойкость твердосплавных фрез ВК10ХОМ активированных воздухом в 1,5 – 1,8 раза выше относительно исходных фрез. Полученные исследования показывают, что заметно снижается не только интенсивность изнашивания инструмента на стадии приработки, но и сильно уменьшается критическая величина фаски , при превышении которой наступает стадия установившегося изнашивания. Следует отметить, что на стадии приработочного изнашивания озонированная среда выполняет свои функции полностью, т.е. снижение термомеханических нагрузок на контактные площадки инструмента, чрезвычайно эффективно тормозит изнашивание задней поверхности. Исследования показали целесообразность замены смазочно-охлаждающей жидкости на активированный воздух, что положительно влияет на стойкость режущего инструмента и повышение производительности процесса обработки. Рисунок 1 – Износостойкость твердосплавных фрез ВК10ХОМ при чистовом фрезеровании титановых лопаток ВТ6: n = 2725 об/мин, Sм = 1745мм/мин, Sz = 0,16 мм/об