Масляные СОЖ

Масляные (углеводородные) СОЖ состоят из минерального масла, к которому добавляют специальные присадки различного назначения, улучшающие их свойства.

Достоинствами масляных СОЖ являются хорошие смазы­вающие и антикоррозионные свойства, недостатками – низкая (в 5...8 раз ниже, чем у водных СОЖ) охлаждающая способность, теплопроводность и теплоемкость, высокая себестоимость и по­вышенная пожароопасность. Поэтому масляные СОЖ применяют в основном на операциях, характеризуемых большими контактны­ми давлениями и малым тепловыделением, требующих смазы­вающего действия СОЖ (резьбонарезание, протягивание, зубонарезание, глубокое сверление).

Одной из важнейших характеристик масляных СОЖ является их вязкость. При этом чем ниже вязкость СОЖ, тем лучше она проникает в зону резания и тем выше ее моюшее и охлаждающее действия.

Эффективность масляных СОЖ также связана с их химиче­ской активностью, т.е. способностью создавать на трущихся по­верхностях смазочные пленки. Последние образуются в результате взаимодействия ювенильных поверхностей инструмента и струж­ки с химически активными молекулами, например, кислорода, йо­да, хлора и др. Эти пленки уменьшают силы трения, а также адге­зионный и диффузионный износы режущего клина.

Химическую активность СОЖ можно регулировать за счет введения в жидкость антифрикционных, противоизносных и противозадирных присадок. В качестве антифрикционных присадок используют ПАВ, технические масла и жиры, коллоидные диспер­сии графита и дисульфида молибдена. Содержание жировых доба­вок составляет 0,5...0,25%, и они способствуют повышенному смачиванию поверхности инструмента и образованию адсорбци­онных смазывающих пленок, уменьшающих трение при неболь­ших нагрузках и температурах.

Противоизносные присадки снижают износ режущих инстру­ментов за счет образования химических пленок. В качестве таких присадок чаще всего используют фосфорорганические соединения (0,15...5,0%).

Противозадирные присадки за счет образования пленок, вы­держивающих высокое давление, предотвращают схватывание по­верхностей режущих инструментов с поверхностями стружки и заготовки и уменьшают износ инструментов при высоких темпе­ратурных и механических нагрузках. В состав противозадирных присадок входят вещества, содержащие серу, хлор, фосфор, йод и др. в количестве от 0,5 до 3 %.

Для стабилизации масляных СОЖ применяют антиоксиданты. Для уменьшения теплообразования, ухудшающего охлаждающее действие СОЖ, добавляют антипенные присадки, а для уменьше­ния образования тумана, ухудшающего условия работы и увели­чивающего расход СОЖ, вводят антитуманные присадки.

Основным компонентом масляных СОЖ являются масла: ми­неральные (до 70...90 %), индустриальные (И-5А, И-20А) и авиа­ционные (МС-8, МС-14 и др.). В качестве дополнительных компо­нентов применяют технические растительные масла (рапсовое, касторовое, подсолнечное и др.) и в малых количествах техниче­ские животные жиры, которые в основном используются для по­лучения олеиновой кислоты.

Основу современного ассортимента масляных СОЖ состав­ляют жидкости серий MP, ОСМ и ЛЗ и др.

На эффективность СОЖ большое влияние оказывает также способ ее подачи в зону резания. Наиболее часто применяют три способа подачи СОЖ (рис. 6.10): 1) поливом; 2) напорной струей со стороны задней поверхности инструмента; 3) через отверстия в инструменте.

73) Способы подачи СОЖ в зону резания.

Способ подачи СОЖ поливом наиболее прост, но и наименее эффективен. Он характеризуется большим расходом жидкости, разбрызгиванием и нагревом СОЖ. Образующаяся в этом случае паровая «подушка» при испарении значительно уменьшает охлаж­дающее действие жидкости.

Способ подачи СОЖ напорной струей более эффективен, чем поливом. В этом случае СОЖ подается под давлением 2...3 МПа через насадку с отверстием диаметром 0,3...0,5 мм непосредст­венно к наиболее нагретым участкам инструмента с высокой ско­ростью струи (40...50 м/с). Благодаря этому улучшаются условия

Рис. 6.10. Способы подачи СОЖ в зону резания:а - поливом сверху; б - напорной струей со стороны задней поверхности;

в - через отверстие в инструменте

проникновения СОЖ в зону резания. При этом, испаряясь, СОЖ интенсивно отводит теплоту резания благодаря высокой скорости протекания через зону резания. Применение такого способа охла­ждения позволяет, например, при точении коррозионно-стойкой стали повысить стойкость быстрорежущих резцов в 5...7 раз при малом расходе СОЖ (0,3...0,5 л/мин) [34]. К числу недостатков охлаждения напорной струей следует отнести необходимость соз­дания специальных устройств для подачи СОЖ и ее тонкой очист­ки, а также высокий уровень шума. Этот способ подачи СОЖ при­меняется сравнительно редко и, главным образом, на специальных станках при резании труднообрабатываемых материалов.

Напорная подача СОЖ в зону резания осуществляется через внутренние отверстия в самом инструменте. Особенно высокий эффект достигается при работе концевых инструментов для обра­ботки отверстий (сверла, зенкеры, развертки, метчики). При этом обеспечивается не только хорошее проникновение СОЖ, но и на­дежное удаление стружки, несущей основную долю теплоты реза­ния. Однако в этом случае вырастает стоимость изготовления та­ких инструментов и увеличивается разбрызгивание СОЖ. Это тре­бует герметизации зоны обработки и применения специальных насосных станций.

Из-за больших затрат на СОЖ, ее утилизацию и очистку от нее стружки в последние годы наметилась тенденция по эконо­мичному ее использованию или отказу от ее применения («сухая обработка») там, где это возможно. Если применение «сухой обработки» невозможно, например при сверлении, то ис­пользуют распыленные СОЖ, которые получают путем смешива­ния жидкости с воздухом или инертными газами, подаваемыми под большим давлением. При этом в качестве жидкости обычно используют минеральные масла или эмульсии, подаваемые с рас­ходом 20...30 г/ч. Распыленная жидкость имеет лучшую прони­кающую и охлаждающую способность, но требует специальных устройств для ее подачи и удаления из зоны резания.

Исследование влияния трех видов СОЖ (эмульсия, масляная и вода) и двух способов подачи (напорный, поливом) на основные характеристики процесса резания при точении сталей, выполнен­ное Б.М. Орловым, показало, что наиболее эффективным является подвод СОЖ напорной струей со стороны задней поверхности резца. При этом подача воды по сравнению с резанием без приме­нения СОЖ снижает температуру резания в зоне активного нарос- тообразования (v < 60 м/мин) на 400 °С, эмульсии – на 200 °С, а масляной СОЖ - на 100 °С (рис. 6.11). За зоной наростообразования (v > 60 м/мин) это влияние менее заметно (снижение темпера­туры находится в пределах 50... 100 °С). Если СОЖ подается по­ливом, то даже такая сильная охлаждающая среда, как вода, сни­жает температуру очень слабо, примерно на 50...80 °С.

Исследование Б.М. Орлова влияния напорного охлаждения на усадку стружки показало, что экстремальные точки типичной кри­вой зависимости усадки от скорости резания из-за уменьшения температуры резания сдвигаются в сторону больших скоростей и

Рис. 6.11. Влияние напорного охлаждения на температуру резания θ при точении стали 30 (s = 0,43 мм/об; t = 2 мм; r = 0,3 мм; γ = 0^о; φ = 70^о) 1 – без СОЖ; 2 – масляная СОЖ типа МР-7; 3 – эмульсия (5%-ный раствор эмульсола ЭТ-2); 4 – вода

Рис. 6.12. Влияние напорного охлаждения на усадку К стружки при точении стали 30 (s = 0,43мм/об, t = 2 мм, r = 0,3 мм, γ = 0°, φ = 70°): 1 - без СОЖ; 2 - масляная СОЖ типа МР-7; 3 - эмульсия (5 %-ный раствор эмульсола ЭТ-2); 4 - вода

попадание максимумов усадки на кривую без охлаждения очевид­но связано не только с охлаждающим действием СОЖ, а и с непо­средственным влиянием скорости резания на высоту нароста (рис. 6.12). При резании за зоной наростообразования (v > 60 м/мин), когда нарост отсутствует, влияние СОЖ практически исчезает. Аналогично выглядят и зависимости для составляющих силы ре­зания. Таким образом, это исследование показало, что СОЖ не устраняет наростообразование, как утверждается некоторыми ис­следователями, а наоборот, способствует расширению зоны его образования на большие скорости резания. При этом уменьшение шероховатости, глубины и степени наклепа в области наростооб­разования объясняется стабилизацией формы нароста и увеличе­нием фактического переднего угла при напорной подаче СОЖ.

Что касается влияния СОЖ на обрабатываемость материалов, то даже при подаче эмульсии поливом, несмотря на небольшое снижение температуры при резании сталей 45 быстрорежущими резцами, коэффициент обрабатываемости увеличивается на 20... 30 % (К_об = 1,2... 1,3). При напорном охлаждении этот эффект су­щественно возрастает и тем сильнее, чем более труднообрабаты­ваемый материал подвергается обработке резанием.