На операциях глубокого сверления Сож должна выполнять ряд функций: главная – отводить стружку из зоны резания и транспортировать ее по отводным каналам, а также уменьшать силы резания и трения между направляющими элементами и поверхностью отверстия, отводить тепло. Для этого СОЖ должна иметь соответствующие свойства, а оборудование обеспечить подачу СОЖ в зону резания в необходимом количестве при соответствующем давлении и с требуемыми расходами.
Отвод стружки надежно обеспечивается в том случае, когда поток СОЖ в зоне резания имеет скорость, при которой его кинетическая энергия достаточна для сообщения стружке движения вдоль отводных каналов. Минимально необходимая скорость СОЖ и выбранная площадь поперечных сечений отводных каналов для стружки и СОЖ определяют минимально необходимый расход СОЖ. В свою очередь по расходу СОЖ и ее вязкости можно определить (при выбранной площади и форме каналов и их протяженности) давление СОЖ и мощность, затрачиваемую на ее прокачивание по каналам подвода – отвода, по формуле:
На операциях глубокого сверления в зависимости от диаметра и длины обрабатываемого отверстия расход СОЖ составляет 0,001…0,009 м3/с при р = 10 … 0,5 МПа. Это значит, что для указанных диапазонов р и Q затраты мощности на прокачивание СОЖ могут составлять 6…10 кВт и в ряде случаев превышать затраты мощности на резание, поэтому снижение затрат мощности на подвод СОЖ и отвод стружки очень важно.
Одним из путей снижения затрат мощности является применение маловязких СОЖ, что положительно сказывается также на ее очистке (фильтрации) и снижении потерь в виде отходов вместе со стружкой. Однако, выбирать вязкость СОЖ, исходя только из снижения затрат мощности и сокращения потерь со стружкой, не следует, так как она влияет на процесс обработки, в частности, оказывает благотворное влияние на условия работы направляющих элементов. Так, исследованиями установлено, что уменьшение вязкости ниже (8…10) ·10- 6 м2/с при определенных давлениях может привести к выдавливанию СОЖ или разрыву пленки смазки под направляющими элементами инструмента. А это, в свою очередь, приводит к увеличению сил трения на направляющих, возникновению или усилению вибрации инструмента, его изнашиванию и поломке. При применении СОЖ с вязкостью меньше (8…10 ) · 10- 6 м2/с возрастают утечки через зазоры в насосе, в маслоприемнике, что при высоких давлениях приводит к резкому снижению расхода. С учетом сказанного рекомендуется на этих операциях при обработке отверстия диаметром до 300 мм применять СОЖ с вязкостью от 30 · 10-6 м2/с до 10 · 10-6 м2/с при колебании температуры от 15 до 500С.
Успешному отводу стружки и продуктов изнашивания инструмента способствуют хорошие моющие свойства СОЖ (то есть способность её смачивать частицы стружки и частицы износа, препятствовать слипанию и привариванию их к поверхности инструмента и обрабатываемой заготовки).
Уменьшение сил резания и трения достигается за счет использования смазывающих свойств СОЖ, а также за счет давления СОЖ и наличия в СОЖ соответствующих присадок и поверхностно активных веществ. Наиболее часто в качестве присадок используют серу, хлор, фосфор.
При обработке глубоких отверстий СОЖ подается в зону резания под давлением, проникает в микротрещины и микрощели в зоне стружкообразования, вступает во взаимодействие с материалом заготовки и инструмента, образуя на их поверхностях пленки, которые экранируют трущиеся поверхности. Особенно благоприятно действуют химические пленки, выдерживающие большие нормальные давления и высокую температуру (хлоридные не разрушаются до температуры 5000 С, фосфатные – 7000 С и сульфидные до 10000 С). Вместе с этим пленки имеют малое сопротивление сдвигу, что способствует снижению коэффициента трения. Каждая из присадок в СОЖ способствует возникновению своей пленки, которая образуется и сохраняется при определенных условиях, причем каждая из присадок в присутствии другой действует активнее.
Ввиду того, что на разных участках контактирующих поверхностей передней и задней граней инструмента и направляющих элементов складываются различные условия, то на отдельных участках могут возникать различные виды трения. Например, трение с повреждением при схватывании трущихся поверхностей; трущиеся поверхности разделены пленкой с экранизирующим и антифрикционным действием и трение в условиях контактногидродинамической смазки. При двух последних видах существенно снижается коэффициент трения и соответствующие энергетические затраты. Достигается это за счет применения СОЖ с хорошими смазывающими свойствами и необходимой вязкостью.
Эффективность действия СОЖ по уменьшению сил резания и трения удобно оценивать суммарной осевой силой РО (сумма осевых составляющих сил резания и трения на направляющих) и суммарным крутящим моментом МК (момент от сил резания и трения на направляющих).
Проведенное по этим критериям сравнение [1] ряда отечественных СОЖ при сохранении неизменными всех остальных параметров процесса показало, что энергетические затраты на резание и трение изменяются с изменением температуры циркулирующей СОЖ. Причём для каждой СОЖ имеется своя зона оптимальных температур с минимальными значениями РО и МК, при которых имеют место минимальные вибрации и энергетические затраты.
Это можно объяснить тем, что температура циркулирующих СОЖ, замеряемая при выходе из отводного канала перед входом в бак, отражает совокупность сложных явлений, протекающих в зоне резания и в значительной степени зависящих от температуры, которая устанавливается на определенном уровне за счет отвода тепла с помощью СОЖ. Очевидно, зона оптимальных температур циркулирующей СОЖ отвечает оптимальным условиям существования химических пленок и оптимальной вязкости, при которой возможно сохранение контактно–гидродинамической смазки. В целях снижения энергетических затрат можно рекомендовать поддерживать температуру циркулирующей СОЖ от 30 до 500 С.
Отвод тепла при глубоком сверлении с помощью СОЖ решается попутно, наряду с главным назначением СОЖ – отводом стружки. Некоторые трудности связаны с циркуляцией большого количества СОЖ в единицу времени, что приводит к ее нагреву. И отвод тепла производится преимущественно путем конвективного теплообмена между нагретыми поверхностями заготовки и инструмента и потоком СОЖ. Интенсивность отвода тепла в значительной степени зависит от теплопроводности СОЖ, ее расхода и скорости перемещения, разности температур охлаждаемых поверхностей и потока СОЖ. Для поддержания оптимальной температуры СОЖ станки для глубокого сверления и растачивания следует снабжать теплообменниками. А перед началом выполнения операции следует прогреть СОЖ циркуляцией в системе до 25…350С (особенно это необходимо делать в холодное время года).
Сверление отверстии диаметром до 30 мм, с отношением l/d ? 100 при температуре СОЖ ниже 200С практически невозможно изза неустойчивости процесса резания и поломок инструмента. При повышении температуры выше 50…600С возникают интенсивные вибрации инструмента, СОЖ испаряется, ухудшаются санитарногигиенические условия, возможно возгорание паров СОЖ. Кроме этого, усиливается окисление СОЖ, вследствие чего она теряет свои свойства.
При глубоком сверлении в основном применяют масленые СОЖ и реже – водные эмульсии минеральных масел. Эмульсии имеют лучшие охлаждающие свойства в сравнении с маслеными СОЖ, однако они не допускают попадания масла из системы смазки станка, менее стойки при хранении, легко поражаются микроорганизмами и теряют свои эксплуатационные свойства. Поэтому необходимо следить за сохранением их свойств, стабильности состава и т.п.
Масленые СОЖ широко применяются при обработке глубоких отверстий. До определенного времени при обработке использовался сульфофрезол (ГОСТ 122 – 54*) – осерненное минеральное масло коричневого цвета, состоящий из веретенного масла с добавлением нигрола (до 20%) и серы в свободном состоянии и в виде химического соединения (не менее 1,7%). Для снижения вязкости часто добавляют керосин (до 10%) или дизельное топливо, что практически не снижает температуры вспышки. Недостатком сульфофрезола является токсичность. Применение сульфофрезола ограничивается органами здравоохранения.
До сравнительно недавнего времени основным заменителем сульфофрезола при глубоком сверлении и растачивании легированных конструкционных и коррозионностойких сталей была определена СОЖ марки МР – 3 [1].
Отдельные фирмы и организации представляют для глубокого сверления как указанную выше марку СОЖ, так и иные марки. Естественно, изготовители дают как свою характеристику продукции, так и рекомендации.
Приведем характеристики СОЖ для глубоко сверления в представлении некоторых фирм и компаний.
ООО «Ивхимпром»
– старейшее российское предприятие химической отрасли промышленности. Для глубокого сверления рекомендуется СОТС ГСВ 1 (ТУ 0258199057446852003). Предназначено для использования при резании конструкционных легированных и коррозионностойких сталей на операциях глубокого сверления, протягивания, резьбонарезания. Состав: масляная композиция на основе минеральных масел и присадок, улучшающих противозадирные и смазочные свойства, не имеет в составе хлорсодержащих компонентов. Внешний вид: однородная маслянистая жидкость от светлокоричневого до коричневого цвета.
ОАО «Пермский завод смазок и СОЖ» -
предлагает большую номенклатуру масляных СОЖ для механической обработки металлов. Для глубокого сверления рекомендуется СОЖ МР 7 (ТУ 0258114001488432008). Представляет собой стабилизированную смесь минерального масла с противозадирными, антиокислительными и антикоррозийонными присадками. Применяется при обработке резанием конструкционных углеродистых среднелегированных сталей на операциях точения, фрезерования, сверления, глубокого сверления, растачивания, развертывания, резьбонарезания, в том числе для работы на станкахавтоматах. Преимущества продукта: высокие противозадирные свойства, не содержит хлор.
Производственная фирма
«Олеокам» существует на российском рынке с 1991 года. Продукция – смазочноохлаждающие жидкости и технологические присадки. Рекомендуется:
СОЖ МР3К -
(ТУ 0258027278336852004) использовать на операциях глубокого сверления, резьбо и зубошлифования легированных сталей. СОЖ МР3К представляет собой высокоочищенное минеральное масло, активированное антифрикционными и противозадирными присадками.
СОЖ - МР 4К (ТУ 0258031278336852005) предназначена для применения на операциях глубокого сверления и скоростного точения коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов, а также алюминиевых и титановых сплавов. Представляет собой высокоочищенное минеральное масло, активированное антифрикционными и противозадирными присадками.
(ТУ 0258031278336852005) предназначена для применения на операциях глубокого сверления и скоростного точения коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов, а также алюминиевых и титановых сплавов. Представляет собой высокоочищенное минеральное масло, активированное антифрикционными и противозадирными присадками.
Производственная фирма «Ариан» (Украина) рекомендует для глубокого сверления:
(Украина) рекомендует для глубокого сверления:
Apиан СОЖ МР 3; резание легированных, нержавеющих сталей, сплавов (глубокое сверление, растачивание, резьбо и зубошлифование).
; резание легированных, нержавеющих сталей, сплавов (глубокое сверление, растачивание, резьбо и зубошлифование).
Apиан СОЖ МР 6; резание титановых, тугоплавких сплавов, высоколегированных, нержавеющих, жаропрочных сталей (глубокое сверление, растачивание, резьбо и зубошлифование, протягивание); не рекомендуется для обработки меди и сплавов.
Apиан СОЖ МР 7; резание легированных, нержавеющих сталей, сплавов (глубокое сверление, растачивание, резьбо и зубошлифование, фрезерование). Особенности: можно обрабатывать жаропрочные и высоколегированные стали.
; резание легированных, нержавеющих сталей, сплавов (глубокое сверление, растачивание, резьбо и зубошлифование, фрезерование). Особенности: можно обрабатывать жаропрочные и высоколегированные стали.
ЗАО «Завод имени Шаумяна» (С.Петербург) производит присадку ЛЗ23М,
которая представляет собой композицию антифрикционных, противоизносных, противозадирных, противопенных присадок в масле, обладает высокими трибологическими характеристиками. ЛЗ23М предназначена для приготовления масляных смазочноохлаждающих жидкостей путем введения 20% присадки в масла минеральные различной вязкости. ЛЗ23М применяется для СОЖ на операциях глубокого сверления, зенкерования, развертывания сталей.
ООО «Ойл Трейд» –
официальный дистрибьютор смазочных материалов концерна TOTAL (Франция). Предлагаются масла для наиболее сложной механической обработки металлов, среди которых для глубокого сверления предлагается средство VALONA MS 7009 используется при механической обработке твердых, нержавеющих, жаропрочных сталей и титановых сплавов в процессах глубокого сверления, скоростной обработки резанием, фрезерования, токарных работ, нарезки резьбы.
Завод «Азмол» - представляет масляные СОЖ и технологические смазки, среди которых для глубокого сверления рекомендуются:
представляет масляные СОЖ и технологические смазки, среди которых для глубокого сверления рекомендуются:
СОЖ МР3 - применяется при обработке резанием конструкционных легированных и нержавеющих сталей на операциях сверления, глубокого сверления отверстий диаметром до 30 мм, растачивания, резьбо и зубошлифования. Подача в зону резания производится поливом или под давлением.
применяется при обработке резанием конструкционных легированных и нержавеющих сталей на операциях сверления, глубокого сверления отверстий диаметром до 30 мм, растачивания, резьбо и зубошлифования. Подача в зону резания производится поливом или под давлением.
СОЖ МР7В применяется при обработке резанием углеродистых, легированных, нержавеющих и жаропрочных сталей на операциях точения, сверления, глубокого сверления отверстий диаметром свыше 30 мм, фрезерования, резьбонарезания и автоматной обработки. Ограниченно применяется при обработке меди и ее сплавов. Подача в зону резания производится поливом или под давлением.
Дальневосточная Нефтяная Компания
представляет ряд СОЖ, среди которых рекомендуется для глубокого сверления OL Acticut ME 15 высокоэффективная СОЖ, специально разработанная для применения в процессах глубокого сверления и обработки резанием стальных сплавов, при которых возникают большие силы резания (прошивка, нарезание зубьев, нарезание резьбы и др.). Благодаря своим реологическим характеристикам обладает хорошими моющими и охлаждающими свойствами. Способствует увеличению ресурса инструмента и обеспечивает исключительное качество обрабатываемой поверхности. Не рекомендуется применять при обработке резанием цветных металлов.
Для примера, в таблице даны основные физикохимические свойства СОЖ марки МР – 3К. Эти характеристики следует иметь ввиду при назначении СОЖ, поскольку существуют определенные особенности в применении СОЖ различных марок при глубоком сверлении. Это касается, прежде всего, характера изменения некоторых исходных характеристик СОЖ в процессе сверления, в частности изза их нагрева и изменения вязкости. Имеющиеся данные [1] испытаний СОЖ позволят оценить характер возможных изменений параметров некоторых марок СОЖ и их влиянии на процесс сверления.
Кроме рассмотренных функциональных свойств, СОЖ не должна вызывать коррозию поверхностей деталей, иметь невысокую стоимость. СОЖ должна способствовать повышению стойкости инструмента и быть безвредной для рабочих. Особое внимание при этом должно уделяться очистке СОЖ от мелких частиц стружки и продуктов изнашивания инструмента. Очистка необходима также для повышения качества обработанной поверхности. Для очистки СОЖ используют магнитные сепараторы и различные фильтры, а также проводят периодическую очистку баков от отстоя, образующегося при неработающем станке.
Технические данные СОЖ МР 3К
(ТУ 0258027278336852004 , поставка фирмы «Олеокам»)
Наименование показателя
Норма
Метод испытаний
1. Внешний вид
Прозрачная маслянистая
жидкость коричневого цвета
По ГОСТ 6243
Раздел 1
2. Вязкость кинематическая при 50оС, мм2/с (сСт), в пределах
10 ,00...15,00
По ГОСТ 33
3. Плотность при 200С, кг/м3, в пределах
850...915
По ГОСТ 3900
4. Температура вспышки в открытом тигле, 0С, не ниже
125
По ГОСТ 4333
5. Массовая доля воды, %, не более
Отсутствие
По ГОСТ 2477
6. Массовая доля серы , %, не менее
2,0
По ГОСТ 1431
7. Число омыления, мг КОН/г, не менее
20
По ГОСТ 21749
8. Массовая доля хлора, %
Отсутствие
По ГОСТ 20242
9. Массовая доля фосфора, %, не менее
0,03
По ГОСТ 9827
10. Кислотное число, мг КОН/г, не более
3,0
По ГОСТ 11362
11. Коррозионное воздействие на медную пластинку М1 или М2 , балл
4а...4с
По ГОСТ 2917
12. Коррозионное воздействие на стальную пластинку марки 40 или 45
Выдерживает
По ГОСТ 2917
13. Массовая доля мех.примесей, %, не более
0,04
По ГОСТ 6370
Гарантийный срок хранения 1 год со дня изготовления
П.П. Серебреницкий
<"