Действия внешних сред в зоне резания

Напряженность процесса резания, интенсивность изнашивания режущего инструмента и качество обработанной поверхности зависят от свойств той внешней среды, в которой осуществляется резание. Окружающий зону резания атмосферный воздух является активной естественной внешней средой, благо­творно влияющей на процесс резания. Кислород воздуха активно участвует в образовании пленок оксидов на поверхностях инструмента и обрабатываемого материала. Эти пленки экранируют силы молекулярного взаимодействия и пре­дотвращают адгезионное схватывание и образование мостиков холодного сва­ривания инструментального и обрабатываемого материалов. Резание в вакууме, без кислорода, практически невозможно, вместо образования привычного вида стружки происходит комкование срезаемого слоя металла на передней поверх­ности инструмента; резание происходит неустойчиво с большими колебаниями силы резания, рывками и грубой вибрацией. Для улучшения трибологической обстановки в зоне резания применяют искусственные технологические среды. Направленное изменение свойств этих сред является одним из путей управления процессом резания и изнашивания режущих инструментов. Искусственно вво­димые в зону резания среды могут быть жидкими, твердыми или газообразны­ми.

Наиболее часто в качестве внешних сред, благотворно влияющих на процесс резания и изнашивания режущих инструментов, издавна применяются различ­ные смазочно-охлаждающие технологические среды (СОТС). Первые исследования влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания и качество обрабаты­ваемой поверхности проведены в нашей стране в начале 20-го века. По своему составу и виду основы смазочно-охлаждающие среды подразделяются на три группы: масляные жидкости, водные эмульсии минеральных масел и синте­тические жидкости.

Масляные СОТС представляют собой минеральные масла, в которые добав­лены антифрикционные, антиадгезионные, противозадирные и другие присадки и ингибиторы коррозии. Активными (режущими) присадками служат масла и жиры растительного и животного происхождения и вещества, содержащие фос­фор, хлор, серу. Общий объем присадок в масляных СОТС может доходить до 40%.

Водные эмульсии минеральных масел приготавливаются из воды и эмульсолов. Содержание эмульсола в воде обычно бывает от 2 до 10%, в зависимости от вида выполняемой операции и напряженности режима резания. В состав эмульсолов входят: минеральное масло, эмульгаторы, ингибиторы коррозии, бактери­цидные, антиизносные, антипенные и другие присадки. При смешивании эмуль­сола с водой образуется непрозрачная эмульсия молочно-белого цвета.

Синтетические СОТС представляют собой водные растворы водораствори­мых полимеров, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ингибиторов корро­зии.

Смазочно-охлаждающие жидкости, подаваемые в зону резания, оказывают смазочное, охлаждающее и моющее действия. Роль и значение каждого из этих действий зависят от вида операции механической обработки и свойств обраба­тываемого и инструментального материалов.

Моющее действие СОЖ заключается в образовании на мелких частицах стружки, нароста и продуктах износа адсорбционных пленок, препятствующих их слипанию. В результате частицы легко уносятся струей СОЖ, что приводит к уменьшению абразивного износа режущего инструмента.

Охлаждающее дейст­вие СОЖ проявляется, как в поглощении уже выделившейся теплоты, так и в устранении или уменьшении причин ее выделения. Уменьшение температуры в зоне резания и охлаждение режущего инструмента способствуют сохранению режущих свойств инструмента и износостойкости инструментального материа­ла.

Смазочное действие СОЖ заключается в образовании на трущихся поверх­ностях различных по своей физико-химической природе пленок, уменьшающих силы трения и износ контактирующих поверхностей путем предотвращения или ограничения явлений адгезии и схватывания обрабатываемого материала с ма­териалом режущего инструмента.

В настоящее время мнение большинства исследователей склоняется к тому, что смазочное действие СОЖ является их основным и наиболее значимым дей­ствием во всем возможном диапазоне скоростей и температуры резания.

Работами академика П. А. Ребиндера и его школы установлено, что совмест­но с внешнесмазочным действием адсорбционных пленок смазочно- охлаждающие жидкости в определенных условиях могут оказывать "внутреннее смазочное действие". Поверхностно-активные вещества, входящие в состав смазочно-охлаждающих жидкостей, проникают в зону деформации по плоскостям скольжения в отдельных зернах обрабатываемого металла и тем самым облег­чают процесс пластической деформации срезаемого слоя. Продукты распада ад­сорбированных поверхностно-активных веществ внедряются в кристалличе­скую решетку наиболее деформированных зерен металла, переводя его в более хрупкое состояние. Такое охрупчивание приводит к уменьшению величины предельной пластической деформации срезаемого слоя перед разрушением и уменьшению работы резания.