Нетрадиционные способы подачи СОЖ в зону резания и новые технологические среды

Способ подачи СОЖ поливом свободно падающей струей прост и удобен, привычен и традиционно широко применяется при обработке материалов на ме­таллорежущих станках. Однако, в практике машиностроительного производства есть много случаев где применение СОЖ поливом неудобно или недостаточно эффективно и обработка резанием ведется "всухую". Так, например, полив СОЖ не применяется на тяжелых продольно-строгальных, карусельных, про­дольно-фрезерных и других станках из-за вымывания смазки с их направляю­щих. При обработке по разметке полив не применяется, так как струя СОЖ за­крывает разметку. При обработке чугунных заготовок образующаяся стружка сильно загрязняет рабочее место и слеживаясь затрудняет ее уборку. Анализ ра­боты машиностроительных предприятий показывает, что число операций, где резание ведется "всухую", в массовом производстве составляет 10…30%, в се­рийном производстве 30….40%, в индивидуальном - 40…60%, а на предприяти­ях тяжелого машиностроения - до 90% от общего числа операций механической обработки. Поиски путей повышения эффективности механической обработки привели к разработке новых более эффективных или удобных способов подачи СОЖ и новых технологических сред.

Подача СОЖ в виде пены, которая образуется в ре­зультате продувания объема СОЖ сжатым воздухом и подается в зону обработ­ки тем же путем, что и жидкость при ее поливе. Пена действует в зоне резания менее эффективно, чем струя СОЖ, коэффициент повышения стойкости нахо­дится в пределах 1,2…1,5. Пена не растекается так свободно по поверхностям обрабатываемой заготовки и деталей станка, не разбрызгивается и потому меньше загрязняет рабочее место. Этот метод рекомендуется применять при об­работке несимметричных деталей, выступающие части которых отбрасывают или сбивают подаваемую поливом струю СОЖ, или в других случаях, где при­менение более эффективных способов подачи СОЖ неудобно или невозможно по каким-либо причинам.

Способ охлаждения и смазки зоны резания высоконапорной струей жидкости. При этом способе СОЖ пода­ется в зону резания со стороны задней поверхности резца в виде тонкой струи под давлением 20…30 атмосфер. Первые работы по исследованию эффективно­сти этого метода показали, что он позволяет многократно повысить стойкость режущего инструмента по сравнению с резанием при поливе СОЖ. Дальнейшие исследования этого метода были посвящены изучению влияния скорости исте­чения струи, расхода жидкости, ее температуры и других параметров, на стой­кость режущего инструмента. Были установлены зависимости скорости струи, расхода жидкости и стойкости режущего инструмента от диаметра отверстия сопла и давления в подводящей системе. Метод охлаждения высоконапорной струей СОЖ оказывается особенно эффективным при резании трудно обраба­тываемых материалов и сплавов. Так, стойкостные испытания показали, что при прерывистом точении сплава ЭИ437 стойкость быстрорежущих резцов при по­даче в зону резания высоконапорной струи СОЖ увеличивается более чем в 6 раз по сравнению с резанием при поливе СОЖ; аналогичные результаты были получены при прерывистом точении сплава ЭИ766. Метод охлаждения и смазки высоконапорной струей жидкости является весьма эффективным, достаточно изученным и разработанным методом, однако он до настоящего времени не по­лучил широкого применения в промышленности из-за весьма серьезных прису­щих ему недостатков. Одной из причин, сдерживающих применение метода, яв­ляется сильное разбрызгивание упругой и опасной струи жидкости, выходящей из сопла под большим давлением со скоростью 50 - 80 м/с. Другой причиной является трудность обеспечения герметичности подвижных соединений магист­ралей для подвода жидкости, работающих под давлением 20…30 атмосфер. По этим причинам метод применяется в настоящее время только при обработке трудно обрабатываемых материалов и в других случаях, где крайне необходимо повышение стойкости инструмента любыми техническими средствами.

Менее эффективным по сравнению с высоконапорным струйным методом охлаждения, но более удобным, технологичным и перспективным является спо­соб охлаждения и смазки зоны резания распыленной жидкостью. Сущность метода охлаждения и смазки распыленной жидкостью заключает­ся в том, что СОЖ распыляется в специальном распыляющем устройстве сжатым воздухом и подается в зону резания в виде воздухо-жидкостной смеси. Для образования воздухо-жидкостной смеси используются специальные распы­лительные установки разных конструкций.

Распыленные жидкости действуют в зоне резания более эффективно, чем подаваемая поливом жидкость, благодаря подаче в зону резания кислорода сжа­того воздуха и электризации капель распыленной жидкости. Описанные распы­лительные установки автоматизированы. Автоматизация заключается в приме­нении на этих установках устройств, автоматически включающих подачу в зону резания распыленной жидкости во время рабочего хода станка и прекращающих подачу ее с прекращением работы станка.

Распыленные жидкости могут быть успешно применены на большинстве тех технологических операций, где полив в силу присущих ему недостатков не применяется и обработка производится всухую. Метод охлаждения и смазки распыленной жидкостью следует рассматривать как дополнение к существую­щим методам, как средство, расширяющее возможности применения смазочно-охлаждающих жидкостей, позволяющее значительно сократить число техноло­гических операций, выполняющихся всухую.

Особую группу представляют способы подачи СОЖ при шлифовании. При шлифовальных работах весьма эффективными оказываются способы подачи СОЖ через поры абразивного круга, поэтапным и гидроаэродинамическим спо­собами, путем применения СОЖ в замороженном состоянии в виде твердых брусков льда, прижимаемых собственным весом к обрабатываемой поверхности заготовки. Прижимающаяся к заготовке поверхность бруска замороженной СОЖ подтаивает и образует пленку жидкости, которая и обеспечивает смазочно-охлаждающее действие в зоне резания.

Поиски путей повышения эффективности действия внешних сред привели к созданию новых, на первый взгляд совершенно неожиданных, и крайне проти­воположных технических решений, как, например, резание в среде расплавлен­ного металла и с применением замороженных СОЖ., в среде холодных охлаж­дающих газов и в среде СОЖ, нагретых до парообразного состояния.

В связи с тем, что некоторые эффективные компоненты жидкости, типа четыреххлористого углерода, под действием высокой температуры образуют газо­образные вещества вредные или опасные для здоровья человека, было предло­жено подавать их в зону резания в капсулированном виде. Позднее этот способ был усовершенствован путем введения в оболочку капсул магнетита и придания им за счет этого свойства магнитовосприимчивости, обеспечивающего мигра­цию микрокапсул в зону резания под действием естественного магнитного поля. Капсулы могут содержать в себе минеральное масло, активные присадки или активные газы.

Новые способы подачи СОЖ привели к образованию новых технологиче­ских сред, которые полностью охватывают зону резания и изолируют ее от ок­ружающего атмосферного воздуха. Резание при этом ведется в новой техноло­гической среде.