Охлаждение и смазывание при резании

Одним из основных способов улучшения резания труднообрабатываемых материалов является применение смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС). СОТС значительно понижает изнашивание инструмента и силы резания, повышает качество обработанной поверхности и эксплуатационные характеристики.

Требования к СОТС:

1. Не должны вызывать коррозию заготовки и оборудования;

2. Не должны оказывать физиологического влияния на рабочего (раздражение кожи и слизистых оболочек, запах);

3. Должны быть устойчивыми при эксплуатации и хранении;

4. Не должны воспламеняться при температурах резания.

СОТС подразделяется на твердые, жидкие, пластичные и газообразные.

Твердые СОТС – это вещества со слоистой структурой, такие как тальк, графит, дисульфид молибдена, нитрид бора, сульфат серебра. В качестве твёрдых СОТС могут применяться также порошки воска, парафина, мыла, битума и т.д.

К газообразным СОТС относятся газы СО₂, CCl₄, N₂, пары поверхностно-активных веществ, распыленные жидкости (туман) и т.п.

Пластичные СОТС – густые мазеобразные вещества, представляющие собой коллоидную систему, состоящую из трех основных компонентов: жидкой основы (минерального масла или смеси масел), загустителя (в качестве загустителей чаще всего используются мыла – соли растительных, животных или синтетических жирных кислот) и добавок (различных присадок и наполнителей, вводимых в количестве до 15%).

Жидкие СОТС (смазочно-охлаждающие жидкости – СОЖ) – водные растворы минеральных электролитов; эмульсии; растворы мыл; минеральные, животные и растительные масла; минеральные масла с добавками фосфора, серы и хлора (сульфофрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине; масла и эмульсии с добавками твердых СОТС (графита, парафина, воска и т.п.).

В качестве СОТС наибольшее распространение получили СОЖ.

Действие СОЖ в процессе резания:

1. Смазывают трущиеся поверхности в зоне резания и уменьшает трение;

2. Проникают в микротрещины деформируемого слоя материала, уменьшает работу деформации (эффект Ребиндера);

3. Охлаждают инструмент и обработанную поверхность заготовки;

4. Препятствуют образованию очагов схватывания инструмента со стружкой, наростов, а, следовательно, уменьшается шероховатость поверхности.

При использовании СОЖ значительно повышается стойкость режущего инструмента, а значит повышается допустимая скорость резания; понижается эффективная мощность резания (на 10…15%); обработанные поверхности имеют большую точность и меньшую шероховатость.

Все СОЖ можно разбить на две группы в зависимости от применения: охлаждающие и смазывающие. Охлаждающие СОЖ обладают высокой теплопроводностью и теплоемкостью, значительной скрытой теплотой парообразование и низкой вязкостью. В качестве охлаждающих СОЖ используют эмульсии. Эмульсии получают растворением в воде эмульсолов, т.е. растворов мыла и органических кислот в минеральном масле. Применяются при черновой обработке вязких металлов, когда температура резания очень высока и её необходимо понизить (получаемая шероховатость при черновой обработке не имеет значения). Смазывающие СОЖ обладают хорошей смачивающей способностью и уменьшают трение (минеральные масла, растительные масла, керосин, сульфорезолы). Применяются при чистовом резании, когда необходимо получить поверхность с малой шероховатостью, а так же при нарезании резьб и зубьев зубчатых колес.

Подвод СОЖ в зону резания осуществляется по одной из следующих схем:

Свободным поливом. Подвод СОЖ сверху (полив) – наиболее простой способ, но имеет существенные недостатки: малую скорость струи, большой расход СОЖ (8…12 л/мин), большое разбрызгивание СОЖ, низкую эффективность.

Струйным охлаждением. Струйное (высоконапорное) охлаждение СОЖ подается со стороны задней поверхности тонкой струей под давлением до 3 МПа. Расход 0,6…4 л/мин. При струйном охлаждении значительно увеличивается стойкость режущего инструмента (особенно при резании труднообрабатываемых титановых и жаропрочных сплавов). Недостаток: требуется применение специальных насосов и защиты от сильного разбрызгивания СОЖ.

Охлаждением распыленной жидкостью. Охлаждение распыленной жидкостью (туманом) осуществляется со стороны задних поверхностей инструмента. Туман создается в инжекторных установках под давлением 1…2,5 МПа. Сжатый воздух захватывает частицы жидкости и в виде мельчайших брызг выбрасывается в зону резания. Недостаток: требуется специальные отсасывающие установки для защиты персонала от воздействия тумана. Преимущества: значительно уменьшается расход СОЖ, увеличивается стойкость инструмента и улучшается качество поверхности.

Иногда жидкость подают через полый режущий инструмент, когда охлаждение режущего инструмента затруднено (например, при сверлении глубоких отверстий). Жидкость при давлении 2…2,5 МПа подают через полое сверло и отверстие в задней поверхности непосредственно в зону резания, в этом случае не только охлаждается инструмент и деталь, но и вымывается стружка.

а)	б)	в)

Рис.4.18. Способы подвода СОЖ в зону резания.

Для охлаждения хрупких материалов, когда образуется стружка скалывания, часто используют газы (азот, сжатый воздух, углекислоту), подаваемые под давлением в зону трения. Стружка удаляется газовой струей в специальный сборник.