Эксперт Ойл
Введите название продукта:



Эксперт-ойл / Статьи / Жидкости для металлообработки. Выбор СОЖ
Главная страницаКарта сайтаe-mail

30.09.2012
Жидкости для металлообработки. Выбор СОЖ

Большое разнообразие методов механической обработки особенно важно для металлообрабатывающих отраслей промышленности. Несмотря на то, что на протяжении нескольких лет наблюдалась тенденция к росту применения не режущих (формующих) методов (по соображениям качества обрабатываемой заготовки, экономии материала и снижения затрат на обработку), это не оказало существенного влияния на объемную долю смазочных материалов. Это также видно из статистики применения станочного оборудования. Резкие изменения, прогнозируемые в семидесятых годах прошлого столетия, так и не сбылись ни в восьмидесятых, ни в девяностых годах.
     Из-за особого значения охлаждения для операций резания этот процесс называют охлаждающей смазкой, а жидкости — смазочно-охлаждающими. Наряду с термином «хладагент», который обычно применяют в повседневной практике, имеется множество других терминов специального назначения, например: масла для резания, шлифовальные масла, масла для зенкования, сверлильные масла и масла для хонингования. Нет точных данных о количестве видов операций механической обработки, выполняемых без применения СОЖ. Однако нет сомнения в том, что влажная механическая обработка применяется намного чаще, чем сухая обработка металлов. С 1996 г. предпринимались усилия к распространению сухой механической обработки путем реализации различных научно-исследовательских проектов. Можно кратко резюмировать преимущества, которые дает применение СОЖ
     • быстрый отвод тепла, увеличение срока службы металлорежущего инструмента и увеличение скорости резания;
     • образование смазочной пленки между режущим инструментом, стружкой и заготовкой, снижение износа и улучшение качества обработки поверхности заготовки;
     • смазка точек скольжения за пределами фактической зоны резания между режущим инструментом, заготовкой и стружкой;
     • эффективное удаление стружки. Довольно часто уделяется недостаточно внимания смазке вне зоны контакта режущего инструмента со стружкой. И тем не менее это может иметь большое значение. Здесь следует напомнить, например, о том, что на спиральных сверлах и развертках, а также поддерживающих и направляющих рейках на инструментах для глубокого сверления и хонингования существуют допуски.
     В повседневной практике после правильного подбора соответствующей СОЖ проблему смазки и охлаждения часто отодвигают на задний план надолго. Фактически успех в повседневной работе при обработке металлов определяется правильным подбором и тщательным соблюдением не только основных, но и вторичных требований, предъявляемых к этим жидкостям. Вторичным требованиям также следует придавать большое значение. Эти требования, такие как техническое обслуживания и состав СОЖ, являются затратными факторами, поэтому они приобретают важность при исследовании системы.

1. Механизм действия и выбор СОЖ

Простейшей геометрической моделью механической обработки может служить ортогональное резание в двухмерном изображении с непрерывным образованием стружки (рис. 1).

Образование стружки при ортогональном резании


Режущая кромка инструмента врезается в заготовку, преодолевая силы вытеснения, и происходит сдвиг. Стружка образует след на режущей кроме. Основная работа по формованию стружки выполняется в зоне сдвига, положение которой определяется идеализированной плоскостью сдвига и его углом. Также говорят о первичной зоне сдвига. Однако трение между стружкой и резцом имеет особое значение для смазки и охлаждения. Оно вызывает сдвиг в зоне контакта материала резца (вторичной зоне сдвига) и влияет на положение плоскости сдвига, размер зоны сдвига и пластическую деформацию в зоне сдвига. Величина пластической деформации, которая также зависит от усилия сдвига, становится больше по мере увеличения трения в зоне торца резца.
     Однако здесь на сдвиг стружки все еще влияют и другие факторы, например геометрия резца и свойства материала. Все это может непосредственно влиять на трение при образовании стружки и также привести к изменению ее формы.
     Влияние трения на пластическую деформацию при обработке резанием привело к традиционному объяснению, в котором коэффициент трения является основой последних исследований влияния СОЖ. Были созданы новые рабочие модели с учетом основ принципов пластичности.
     Решающим результатом трения является износ режущего инструмента. На рис. 2. показаны типичные изменения, происходящие с режущим инструментом. Частицы металла привариваются к режущей кромке резца, что приводит к так называемым наклепам.

Значимые формы износа режущего инструмента

Это делает материалы с высокой формообразующей способностью особенно чувствительными к такому разрушающему резец явлению, как адгезия. Кроме того, некоторые структурные компоненты стали (аустенит, феррит) и чугуна (феррит) могут способствовать образованию наклепов. Наряду с тем, что это влияет на условия резания, скорость резания также может быть подвержена изменению/

1.1. Смазка

В последние годы высказывалось много различных идей в отношении механизма действия СОЖ. Большинство авторов полагают, что одно только охлаждение снижает износ при высоких скоростях резания. Однако невозможно было предположить, что СОЖ сможет проникнуть в контактную зону между стружкой и резцом для проявления смазывающего эффекта. Раньше трибологическую значимость СОЖ определяли только в диапазоне малых скоростей резания. Этот взгляд все еще справедлив для ряда способов резания; тем не менее, в результате новейших исследований трибологическим эффектам придают все большее значение. Например, достигнуты более благоприятные результаты при применении шлифовальных масел для высокоэффективного шлифования при очень высоких скоростях по сравнению с результатами, полученными с водосмешиваемыми продуктами. Специальный эффект противозадирных присадок и менее благоприятные охлаждающие свойства масел по сравнению с водосмешиваемыми продуктами отражают преобладающее значение свойств смазочных материалов.
     При обработке металла резанием непрерывно образуется реакционно «чистая» поверхность обрабатываемого материала. Она склонна к адгезионной реакции на режущей поверхности инструмента в зоне контакта материала заготовки с резцом. Можно предположить не только то, что эта реакционная поверхность пытается насытить свободную валентность материала режущего инструмента, но также и то, что в эту реакцию могут быть вовлечены и другие вещества, содержащиеся в материале, которые могут связываться абсорбцией, химической абсорбцией и химической связью. Кислород воздуха играет особую роль. В результате многочисленных опытов, проведенных в условиях вакуума, удалось установить, что износ режущего инструмента значительно снижается вследствие насыщения поверхности, открываемой резанием (по сравнению с условиями, в которых присутствует газ или газовые смеси при разных парциальных давлениях). Вот почему сегодня известно, что даже в случае изменения абсорбционных и реакционных свойств материала при сухом резании происходят изменения в трибологии. Проникновение охлаждающего агента в контактную поверхность, судя по результатам новейших исследований, происходит через часть капилляров, которые взаимосвязаны. Диаметры капилляров находятся в пределах от 10-3 до 10-6 мм. Проблемы транспортной кинетики указывают на особую роль скорости диффузии. Следует иметь в виду, что трибологический эффект часто придается не хладагентом в целом, а скорее компонентами, образовавшимися вследствие его испарения или разложения. В результате лабораторных испытаний на модельных веществах, содержащих хлор, установлено, что смазывание улучшается вследствие следующих аспектов:
     • высокой реакционной способности эффективных компонентов по отношению к поверхностям;
     • низких усилий сдвига реакционного слоя (ниже, чем усилие сдвига базового металла);
     • благоприятных диффузных свойствах эффективных компонентов (более низкого молекулярного веса, более высокого давления насыщенных паров).
Что касается процесса насыщения вновь сформировавшейся поверхности, то эта поверхность при смазке никогда не покрывается полностью эффективными молекулами: всегда остается четкий градиент поверхностной активности, указывающий направление режущего инструмента, с незначительной реакционной способностью на внешней стороне (режущего инструмента). Высокое нормальное давление также предотвращает смещение смазочного слоя при механической обработке материалов, трудно поддающихся резанию. Оценка результатов испытаний с модельными веществами показали, что 30%-ное насыщение контактной поверхности фазы между стружкой и резцом приводит к снижению силы трения на 75%. К сожалению, даже сегодня эти результаты все еще недостаточно учитываются и отодвигаются на второстепенные позиции по сравнению с другими приоритетами.

1.2. Охлаждение

В свете выводов исследований, относящихся к охлаждению и смазке, эти два понятия невозможно разделить. Изменения свойств материалов, вызываемые температурой, тесно связаны с эффектами трения. Значение охлаждение по отношению к износу режущего инструмента, когда максимальная температура резания приближается к точке размягчения материала режущего инструмента, постоянно растет. Пример, как температура может развиваться на поверхности резания в зависимости от скорости резания и толщины срезаемого слоя, приведен на рис. 3.

Зависимость температуры поверхности от толщины стружки и скорости резания

С одной стороны, охлаждающий эффект СОЖ и рассеяние теплоты зависит от термических свойств жидкости, особенно теплоемкости и теплоотдачи и коэффициента теплоотдачи. С другой стороны, условия протекания процесса и коэффициент теплоотдачи также играют важную роль. На коэффициент теплоотдачи существенное влияние могут оказать ПАВ на границе раздела и испарение.
     Высокие удельная теплоемкость и коэффициент теплопередачи воды улучшают охлаждающие свойства водосмешиваемых СОЖ по сравнению с масляными жидкостями. Благодаря испарению воды из водосмешиваемых продуктов теплота испарения значительно способствует общему охлаждению. В табл. 1. показаны различия термических свойств минерального масла и воды: значения для низких концентраций водосмешиваемых СОЖ близки к значениям для воды.

 

 Таблица 1. Различия между термическими свойствами минерального масла и воды
 Характеристики

 Минеральное масло

 Вода

 Теплопроводность, Вт · м-1К-1

 0,1

 0,6

 Теплоемкость, кВт·кг-1· К-1

 1,9

 4,2

 Теплота испарения при 40 °С, кВт· с· кг-1

 —

 2400



Влияние СОЖ на температуру резания при мокром методе резания наглядно показано на рис. 4 (в сравнении с сухим методом резания). Однако при таких измерениях все еще отсутствует ответ на один вопрос: какова доля рассеяния теплоты при снижении температуры.

Охлаждающий эффект трех различных СОЖ: при сухом резании, с чистой СОЖ и водосмешиваемой СОЖ

На рис. 5 показан типичный температурный профиль в режущем инструменте. В этом случае может быть установлена тесная связь между геометрическим ходом изотерм и положением кратера износа. Отсюда роль СОЖ становится более понятной (особенно аспект их подачи).

Зависимость между темперратурным профилем(ходом изотерм) и теплотой кратера износа переднего угла резца в геометрии заготовки

1.3. Значение СОЖ применительно к различным материалам режущего инструмента

К. Sundbery дает хороший обзор значений и тенденций в разработке современных материалов, используемых для изготовления режущего инструмента (рис. 6).

Распределение шести основных материалов режущего инструмента в зависимости от их доли в продажах

Снижение затрат на механическую обработку металлов резанием и повышение производительности ведут больше к диверсификации, чем к унификации. Бурное развитие технологий изготовления покрытий с применением различных субстратов приобретает все большее значение.

1.3.1. Высокоскоростные стали

Эти стали эквивалентны высокосплавным, высокоскоростным нержавеющим сталям на базе хрома, никеля, вольфрама и ванадия. Их преимущества заключаются в твердости и возможности образования острых режущих кромок, а также в хорошей обрабатываемости. Их свойства могут быть улучшены с помощью PVD покрытий. В последние годы их доля на рынке снизилась за счет цементированных карбидов (из-за сравнительно низкой твердости при высоких температурах). Это, в частности, объясняется увеличением скоростей резания. Для этих высокоскоростных сталей обычно рекомендуется мокрая механическая обработка. Водосмешиваемые и неводосмешиваемые СОЖ пригодны для малых и средних скоростей резания.

1.3.2. Цементированные карбиды металлов

В порошковой металлургии такие карбиды металлов получают с помощью металлического связующего. В этом случае металлическая фаза придает тягучесть, а карбид — твердость. По сравнению с областью применения высокоскоростных сталей область применения цементированных карбидов металлов намного больше, т. е. они сохраняют свою твердость в более разнообразных условиях. Самые высококачественные продукты для изготовления режущего инструмента основаны на карбиде вольфрама (WC) и карбиде титана (TiC). Карбиды титана с никелем в качестве основного связующего называют цементами (СТ), причем они приобрели особое значение в Японии. При применении СОЖ следует учитывать их чувствительность к термическому шоку. Поэтому целесообразно до начала фактической обработки обращать особое внимание на авномерное охлаждение режущего инструмента и его промывку СОЖ. При применении чистых масел риск термического шока меньше, чем при применении водосмешиваемых жидкостей, потому что охлаждающий эффект меньше. Чувствительность меньше с TiC, чем в случае с WC.

1.3.3. Карбиды металлов с покрытиями

Высокая износостойкость карбидов металлов достигается их покрытием твердыми веществами. Покрытие карбидом титана (TiC) приобрело большее значение, чем процесс CVD. При применении СОЖ аналогичные условия справедливы для цементированных карбидов.

1.3.4. Керамические материалы Керамика — это общее название семейства этих разнообразных материалов. Оксид алюминия (А12O3) спекают вместе с металлами и карбидами при очень высокой температуре методом, аналогичным применяемому в технологии получения карбидов металлов. В результате получают материалы для режущего инструмента, обладающие стойкостью к износу даже при более высоких температурах, чем в случае применения цементированных карбидов. Кроме того, эти материалы более чуствительны к быстрым изменениям температуры, поэтому их, как правило, обрабатывают сухим способом. Однако водосмешиваемые СОЖ чаще применяют для достижения равномерного охлаждения и во избежание термического шока.
Керамика на базе нитрита силикона выполняет важную функцию при высокоскоростной обработке чугуна. Она также заменяет керамические материалы на базе оксида алюминия. Так называемая смешанная керамика имеет значение при токарной обработке твердых материалов.

1.3.5. Кубический нитрид бора (CBN)

CBN занимает второе место среди самых твердых материалов после алмазов. Статистика показывает, что применение CBN вставок увеличивается каждый год в ущерб непокрытым цементированным карбидам. В результате темпы роста потребления этих материалов также выше, чем в случае керамических материалов. В центре внимания находится обработка серого чугуна с очень высоким содержанием перлита (> 95%). Механическая обработка изделий из твердых материалов является важной областью применения CBN. В случаях обработки некоторых материалов рекомендуется также сухой метод или применение уменьшенного объема (или минимального количества) смазочного материала.

1.3.6. Поликристаллический алмаз (PCD)

Это самый твердый материал, и ему отдается предпочтение при применении в качестве спеченного материала в металлической матрице. Накоплен многолетний положительный опыт в механической обработке легких и средних сплавов алюминия. При хорошем качестве обработки поверхности достигается скорость резания, превышающая 1000 м/мин. Как и в случае керамических материалов, PCD чувствительны к термическому шоку. Их обычно обрабатывают сухим методом, но также иногда применяют и хладагент. В последнее время широкое применение получили синтетические алмазы в качестве CVD покрытий в цементированном карбидном субстрате.

1.3.7. Покрытия

Примерно с 1970 г. начали применять материалы заготовок, описанные выше, с покрытием. Причем с каждым годом им придавалось все большее значение, что в конечном итоге привело к значительному улучшению износостойкости и к расширению областей применения. Первоначально отложение химических паров (CVA) применяли в качестве покрытий (TiC на субстрате цементированного карбида). Несмотря на то, что в прошлом применяли такие покрытия (монослойные толщиной 3—5 мкм), в настоящее время возможно нанесение многослойных покрытий толщиной 15 мкм. Благодаря внедрению разработанного в последнее время метода физического отложения паров (PVD) были достигнуты более низкие температуры, позволяющие получать более острые режущие кромки режущего инструмента. В этом случае применяют такие (2—5 мкм) покрытия, как нитрид титана (TiN) и углеродистый нитрид титана (TiCN). В настоящее время это самые важные покрытия, причем в будущем ожидается значительный рост потребления TiAlN. PVD покрытия на высокоскоростных сталях (HSS) в основном пополнили список «старых» материалов, которые все еще составляют одну треть материалов, применяемых в настоящее время. Применение CVD и PVD покрытий внесло большой вклад в снижение износа режущего инструмента. Кроме того, в этом секторе CVD и PVD покрытия имеют даже большее значение, чем наличие снижающих износ противозадирных присадок в СОЖ. Эти покрытия позволяют расширить применение сухих методов обработки. К 2015 г. ожидается, что вплоть до 20% от применяемых в настоящее время мокрых способов обработки будут заменены на сухую обработку с минимальным расходом СОЖ.

1.4. Выбор СОЖ для различных методов резания и условий механической обработки

Категоризация различных типов СОЖ по различным процессам резания и различным условиям обработки (в частности, по материалам, скорости подачи и резания) предпринималась многократно во многих документах, издаваемых производителями СОЖ. Однако эти таблицы имеют очень небольшое значение в практическом применении. Если имеются методы механической обработки, предусматривающие применение конкретной хорошо определяемой СОЖ, то многие аспекты должны быть учтены при выборе продукта, который в большинстве случаев не поддается грубой категоризации. Общих описаний недостаточно для точной классификации продуктов различных типов. Со стороны производителя это дает лишь обшее грубое представление о ряде методов механической обработки, предлагаемых к рассмотрению.
     Даже такое значимое разделение СОЖ на водосмешиваемые и неводосмешиваемые (масляные) продукты, как правило, не содержит ссылки на отнесение СОЖ к конкретному типу обработки резанием и легкости обработки. Применение водосмешиваемых и масляных продуктов возможно почти во всех операциях, хотя в случае развертывания, сверления или хонингования, например, масляные СОЖ находят самое широкое применение. В результате масляные СОЖ часто применяют для решения проблемы, потому что уплотнение станка не позволяет применение водосмешиваемых продуктов.
     Выбор оптимальной СОЖ для конкретного процесса в большинстве случаев ограничен по экономическим соображениям. Необходимость применения крупных централизованных циркуляционных систем и затраты на контроль и поддержание качества СОЖ в большинстве случаев приводят к серьезной рационализации в этой области. В настоящее время, например, в крупномасштабном строительном производстве с самыми разными степенями трудности во многих очень разных операциях часто применяют одну и ту же СОЖ. Вполне можно столкнуться с тем, что все операции — от проблемной операции развертывания до операции шлифования — выполняются с использованием 3 %-ной эмульсии. Такие универсальные СОЖ имеют выдающееся значение с точки зрения объемов потребления. Расширяется также применение семейств жидкостей, и следует отметить, что за универсальными жидкостями будущее.
     Значение свойств материала обрабатываемых заготовок всегда учитывается при выборе СОЖ (например, для материалов с различной степенью растяжимости и твердости). В литературе по СОЖ и в технических характеристиках СОЖ производители, особенно в США, используют индекс обрабатываемости материала для простой разбивки на отдельные продукты. В этом индексе обрабатываемости материала дается ссылка на стандартный материал и конкретно описываются условия резания. В этих условиях обработки материалу присваивается величина 100. Другим материалам присваивается индекс обрабатываемости материала по шкале в зависимости от срока службы режущего инструмента. В самых исключительных случаях опора на обрабатываемость материала приводит к ошибочным заключениям, которые делаются при рассмотрении оценочной таблицы для СОЖ. При этом не учитывается, что обрабатываемость материала — это очень сложный параметр, зависящий от многих факторов. Это становится понятно, например, по рис. 7, где пригодность двух смазочных материалов изменяется для одного обрабатываемого материала простым изменением скорости резания.

 

Оценка трех водосмешиваемых СОЖ - тремя прямыми по Тейлору (свкрление аустенитовой никель-хромовой стали)

Часто не учитываются проблемы образования неверных резцов. Происходит это из-за того, что многие все очень упрощают, рассчитывая на то, что можно «плохую» СОЖ превратить в «хорошую» СОЖ путем увеличения скорости резания. Этот пример наглядно показывает, что таблицы для выбора СОЖ, предлагаемые производителями, — по механическим операциям и простым характеристикам материалов — могут служить только грубым ориентиром. Следует также отметить, что эти таблицы часто рекомендуют различные продукты для одной и той же операции.
     Несмотря на все вышеперечисленные оговорки и сложности, данная классификация материалов по группам обрабатываемости позволяет пользователю сделать первоначальный выбор СОЖ. Число групп материалов обычно находится между пятью и восемью; разбивка на шесть групп, показанная в табл. 2, оказалась особенно успешной.

 Таблица 2. Разбивка материалов по классам обрабатываемости для выбора СОЖ
 Материал  Материал (избранные примеры)  Индекс обрабатываемости материала (приблизительные средние значения)
 Группа 1  Свободно режущиеся стали:
— нелегированные и низколегированные,
 закаленные и отпущенные стали (С15, С35,16МnСг5)
— автоматические конструкционные стали (95S20, 95МnРb23)
— конструкционные стали (St37, St60)

80

 Группа 2 Стали, трудно поддающиеся обработке:
— высоколегированные хромистые стали (Х8Сr17, Х40СrМо5, 42СгМо4)
— высоколегированные хромоникелевые стали (Х8Сr17,Х40Сr13)
— коррозионно стойкие хромоникелевые стали (X2CrNil89, X10CrNiMoNbl810)
— литая сталь (GS-Ckl6, Gs-37SiMn75)

50

 Группа 3 Специальные материалы, труднее всего поддаются обработке:
— никель и никелевые сплавы (NiCr10, NiCrl820
— марганцевые и кремнемарганцевые стали (40MsCr22,65SiMn5)
— хром-молибденовые стали(24СгМо5, Х6СгМо4)
— силиконовые стали
— титан и титановые сплавы (TiA16V4, TiA17Mo4)

25

 Группа 4  Серый и отпущенный чугун (GG-25) GTS-45

от 60 до 100

 Группа 5  Цветные металлы:
— медь и медные сплавы (G-Ms65, G-CuSn10Zn)

от 100 до 600

 Группа 6  Легкие металлы:
— алюминиевые и магниевые сплавы (AlMg5, AlMgSil)
от 300 до 2000




2. Метод оценки трения и износа для применения СОЖ

До настоящего времени еще не найдено удовлетворительного метода определения трения и износа в лабораторных условиях. Это связано с тем, что лабораторные методы испытаний вынуждены ограничиваться очень небольшим набором условий обработки по соображениям времени и затрат. Тем не менее разработаны методы, которые пригодны для предварительного выбора и, в частности, дают важную информацию по тенденциям в разработке и применении СОЖ. Часто возможность получения полезной информации усиливается путем сочетания данных, полученных в результате применения двух или более экспресс-методов испытания. Хорошие критерии оценки могут быть получены при сочетании испытания сверлением с испытанием методом токарной обработки для оценки СОЖ, которая была бы пригодна для обычной обработки на автоматических станках. В этом случае такая СОЖ должна давать хорошие компромиссные результаты для ряда операций по обработке металлов. Это единственный чувствительный метод испытания СОЖ для конкретного процесса, например глубокого сверления отверстий. Даже после такой экспресс-оценки окончательные решения могут быть приняты только после проведения конкретных практических испытаний. Механическое испытательное оборудование, применяемое во многих лабораториях по испытанию смазочных масел, как правило, не позволяет делать окончательные выводы в отношении износа режущего инструмента, но дает ценную информацию о реакции присадок для разработки и контроля качества продуктов. Только в немногих случаях установлена полная зависимость между значениями, полученными на четырехшариковом аппарате (VKA), на испытательном аппарате Алимена-Виланда (AWT) или на испытательном аппарате Райхерта (RVT) и фактическими значениями сроков службы режущего инструмента в условиях эксплуатации. Это также относится к методам, применяемым преимущественно в англоязычных регионах, например к методам испытания Фалекса или Тимкена.

2.1. Срок службы режущего инструмента и число деталей, обработанных этим инструментом, как практические параметры оценки

Срок эксплуатации режущего инструмента между двумя заменами называют сроком службы инструмента, а расстояние, пройденное резцом за его срок службы, называют стойкостью. В случае серийного производства число деталей, изготовленных за срок службы, можно использовать вместо термина «срок службы инструмента» для оценки СОЖ. В этом случае определяют момент времени, предельный для срока службы данного режущего инструмента в зависимости от типа операции и обрабатываемого изделия. Речь идет о следующих аспектах: определение коэффициента износа, при котором ожидается разрушение режущего инструмента; снижение качества обработки поверхности обрабатываемого изделия; превышение допусков при обработке изделий; вредное влияние на работу машины. Для оценки СОЖ в реальных условиях эксплуатации применяется метод, при котором срок службы режущего инструмента измеряют по диаметру пятна износа.

2.2. Измерение сил резания в отборочных испытаниях

Самым распространенным экспресс-методом испытаний, применяемым на протяжении многих лет для оценки СОЖ, является так называемый метод крутящего момента. Для проведения данного испытания нарезают резьбу в тщательно подготовленных высверленных отверстиях, а измеренный крутящий момент используют как критерий оценки. Эффективность резания проверяют путем сравнения с эталонной СОЖ. Расчетные значения определяют следующим образом:

            Эффективность нарезания, %, = Крутящийся момент стандартной эталонной СОЖ х 100/ Крутящийся момент испытуемой СОЖ

Значения, полученные этим методом, дают хорошую дифференциацию между различными не водосмешиваемыми СОЖ. К сожалению, эта дифференциация нечеткая для водосмешиваемых продуктов. Тем не менее, этот метод также применим к продуктам, смешиваемым с водой.
Наряду с механической регистрацией крутящего момента, возможности при испытаниях были расширены путем разработки очень чувствительных сверл с тензометром. Измерения обычно производят с помощью устройства, установленного между сверлильным шпинделем и режущим инструментом. Во время испытания на сверление резьбы сила подачи также используется в качестве критерия оценки СОЖ.

2.3. Скорости подачи при постоянной силе подачи

Этот метод испытаний как таковой позволяет получить полезную информацию как с точки зрения режущего инструмента, так и с точки зрения качества обработки. Сверление в твердом материале или в пилотных отверстиях может быть выполнено с меньшим разбросом измеренных значений при постоянной силе подачи. Скорость на каждом обороте шпинделя (скорость подачи) дает четко различимые значения для различных СОЖ.

2.4. Измерение срока службы режущего инструмента экспресс-отборочными методами

Испытания с целью определения срока службы обычно довольно времязатратные и материалоемкие. Поэтому владельцы оборудования стремятся к снижению затрат на оценку СОЖ путем увеличения скорости резания или скорости подачи. И здесь опять-таки существует общее правило: сверление избирают как способ резания, а испытание продолжают до тех пор, пока не будет получена желаемая картина износа или пока не откажет сверлильный аппарат. Кроме хорошей дифференциации между продуктами, результаты показывают, что этот метод сравнительно дорог: например, для оценки только одного продукта при низкой скорости резания требуется 400 отверстий.

С = V · Тn

. В этом уравнении V— скорость резания, T — срок службы режущего инструмента, а С — константа, зависящая от материала и условий резания. Уравнение может быть конвертировано следующим образом:

V = C/Tn

или

log V = nlogT + logC

. Представление последнего уравнения в двойной логарифмической системе дает зависимость, выраженную прямой. На основе этой зависимости СОЖ могут быть характеризованы в отношении их функциональных свойств с помощью одной точки на прямой и градиента «n». Затраты значительно снижаются, если в местах, в которых необходимо прилагать большие усилия при сверлении с низкой скоростью, увеличить скорость сверления. Кроме того, в качестве расчетного параметра необходимо использовать производные скорости подачи и скорости резания в отношении стандартной скорости вместо использования только скорости резания. На рис. 7 показана такая оценка для трех СОЖ.
Чем выше прямая СОЖ на графике, тем она более полога, тем более благоприятны свойства испытуемой СОЖ. Эта оценка срока службы режущего инструмента по Тейлору также показывает пригодность к применению СОЖ при разных условиях резания.

2.5. Геометрия резания и поток стружки

В тот момент, когда стружка стекает по режущей кромке инструмента, развивающееся трение оказывает значительное влияние на положение зоны сдвига и, сле¬довательно, на пластическую деформацию стружки. Стружка будет короче, чем дорожка резания. Кроме того, стружка подвержена сжатию. Поскольку СОЖ влияет на трение, могут быть также сделаны заключения о влиянии геометрии стружки на смазочные свойства СОЖ. При геометрическом отклонении от ортогонального резца поперечное сечение стружки (прямоугольник в случае ортогонального резца) испытывает отклонение, например принимает форму параллелограмма, и также изменяется направление стружки. Эти критерии применяются и в лаборатории для оценки СОЖ.

2.6. Другие ускоренные методы оценки

2.6.1. Измерение температуры

Была предпринята попытка оценки СОЖ путем измерения температур по биметаллическому методу. Это термический процесс, в котором два разных материала режущего инструмента врезаются в обрабатываемое изделие и являются термопарой. Электрический потенциал может быть пересчитан в температурные значения. Промывка режущего инструмента СОЖ снижает температуру, образовавшуюся в точке контакта, а жидкость также в значительной степени рассеивает тепло. В этой ситуации рекомендуется применение двух режущих инструментов в форме резьбонарезного инструмента для специальной оценки смазочных свойств, потому что трение имеет большее значение, чем нарезание резьбы.

2.6.2. Радиоактивные режущие инструменты Еще одним ускоренным методом оценки защитных свойств СОЖ может быть использование радиоактивных средств. В этом случае измеряют радиоактивность определенного количества стружки или в зависимости от количества стружки измеряют радиоактивность стружки, суспензированной в жидкости. Это критерий оценки износа режущего инструмента. В последние годы открылись большие возможности для радиоизотопной технологии и особенно возможности тонкослойной активации. Поскольку интенсивность радиации вследствие износа испытуемых режущих инструментов, несомненно, снижается, возможно также измерение радиационной интенсивности непосредственно на режущем инструменте.

2.6.3. Обработка поверхности

В некоторых из описанных методов испытаний оценка качества обработки поверхности изделия используется для дифференциации СОЖ; в некоторых испытаниях на нарезание резьбы это самый важный параметр, используемый для оценки смазочных материалов. Например, в одном методе определяют приемлемые качества и скорость резания, при которой достигается обработка поверхности.

Роман Маслов.
По материалам зарубежных изданий.

Адрес: г. Москва, дер. Старосырово, Симферопольское шоссе д.20 стр. 1 (Щербинская нефтебаза 11 км. от МКАД)
Телефон: (495)77-11-093, E-mail: info@expert-oil.com