<<
>>

З.1. Методология подбора и разработки новых составов СОЖ

На наш взгляд, методология подбора и разработки новых составов СОЖ должна быть многоплановой. Она должна основываться как на теоретических, так и на экспериментальных исследованиях. Выбор СОЖ должен базироваться на системном подходе, который позволяет рассматривать СОЖ как сложную систему, обладающую определенными физико- химическими и функциональными свойствами. Реализация этих свойств зависит от условий обработки.

Рассмотрим теоретические и экспериментальные аспекты повышения эффективности СОЖ за счет подбора их химического состава.

Современные СОЖ представляют собой сложные многокомпонентные композиции, содержащие комплекс присадок различного функционального назначения. Новые масляные СОЖ получают путем добавления к базовому маслу пакета уникальных присадок, определяющих технологические и эксплуатационные свойства новой марки. СОЖ на водной основе обычно содержат нефтяные масла, эмульгаторы, ингибиторы коррозии, противо- износные, противозадирные, моющие, бактерицидные присадки, антипенные добавки, вещества связки. Оптимальный состав СОЖ зависит как от технологии производства, так и от природы сырья. Так, например, масляные СОЖ, полученные на основании нефти разных месторождений, различаются по содержанию отдельных групп компонентов, по структуре молекул и, как следствие, по технологическим свойствам. Некоторые компоненты могут иметь одинаковый химический состав, но резко отличаться по технологическим свойствам, в зависимости от метода их получения. Например, в масляных СОЖ для финишных методов обработки (таких, как суперфиниш) добавляют олеиновую кислоту или ее соли в концентрации до 3%. В опубликованных работах отмечается, что синтетическая олеиновая кислота оказывает значительно меньший эффект, чем натуральная, например, на операции суперфиниша стальных деталей [5].

При выборе СОЖ необходимо учитывать довольно большое количество факторов: химический состав обрабатываемого материала и инструмента, метод обработки, режимы резания, требования к точности и качеству обработанных поверхностей. Кроме того, следует принимать во внимание такие обстоятельства, как универсальность СОЖ (возможность применения на различных операциях механической обработки), стоимость, эксплуатационные, санитарно-гигиенические и сопутствующие свойства: возможность транспортировки зимой, легкость приготовления в производственных условиях, стабильность, воздействие на краску и от-сутствие отложений на подвижных частях станка, возможность разложения и регенерации.

На машиностроительных заводах широко применяют водные СОЖ, содержащие нефтяные и синтетические сульфонаты и минеральные масла. Как было показано в табл. 2.5, серосодержащие присадки обеспечивают наиболее высокие критические температуры. Однако наличие в СОЖ сульфонатов и масел приводит к их быстрому поражению бактериями, к появлению запаха сероводорода, что приводит к необходимости частой смены СОЖ, вызывая трудности при их утилизации.

В ряде случаев химики синтезируют новые присадки, но какие из них будут эффективно работать в СОЖ, определить не могут. Добавляемые в СОЖ присадки должны быть совместимы друг с другом и не анто- гонировать друг с другом. Высоких технологических показателей процесса резания можно достичь за счет увеличения смазочных свойств СОЖ путем введения в них химически-активных присадок, содержащих серу, хлор, фосфор. Однако применение целого ряда присадок с химически ак- тивными компонентами недопустимо, так как такие СОЖ не отвечают экологическим требованиям.

Знание механизма действия отдельных компонентов СОЖ позволяет значительно сократить трудовые и материальные затраты на их разработку и подбор.

Для предотвращения коррозионно-механического износа в масло вводят специальные ингибиторы. Механизм их действия сводится к нейтрализации коррозионно-активных веществ, образованию защитной пленки. Они закрепляются на рабочей поверхности инструмента за счет физической абсорбции или химического взаимодействия и снижают скорость коррозионных процессов, а следовательно, износ и разрушение инструмента.

Введение в СОЖ химически-активных элементов: серы, фосфора, хлора ускоряет физическую и химическую адсорбцию атомов и молекул на активных центрах твердых металлических поверхностей, способствует образованию граничных пленок, уменьшающих прочность адгезионных связей инструмента и заготовки, и износу рабочих поверхностей инструмента. Поэтом)' СОЖ с химически-активными компонентами применяют при обработке легированных сталей и сплавов и труднообрабатываемых материалов, тяжелых режимах резания, нарезании резьбы, протягивании, зубообработке, для чернового и профильного шлифования.

Добавление в СОЖ химически активных присадок снижает остаточные напряжения вследствие лучшего экранирования трущихся поверхностей и локализации сдвиговых деформаций. Однако использование СОЖ с химически активными компонентами может иметь и отрицательные последствия: усиливается коррозионно-механическое изнашивание режущих кромок инструмента, ликвидируется нарост, предохраняющий рабочие площадки инструмента от износа.

При выборе СОЖ для различных операций механической обработки следует учитывать характер выполняемой операции и взаимодействие ее отдельных компонентов с материалами инструмента и заготовки. Так, если черновое и чистовое шлифование выполняется на разных станках, то для черновой обработки желательно использовать СОЖ на водной основе, а для чистой - на масляной. Черновая обработка выполняется с большим выделением тепла и поэтому крайне важны охлаждающие свойства СОЖ, если остальные технологические показатели находятся в допустимых пределах. Для чистовых операций желательно применять СОЖ на масляной основе, так как их лучшая смазывающая способность обеспечивает более высокие технологические характеристики: уменьшается шероховатость обработанной поверхности, снижаются остаточные напряжения из-за меньшего перепада температур.

Адсорбция присадок на поверхности резания уменьшает свободную поверхностную энергию обрабатываемого металла, что способствует повышению его пластичности и улучшению обрабатываемости. Кроме того, адсорбция химически-активных компонентов СОЖ на образующихся в зоне резания поверхностных микротрещинах обрабатываемого металла облегчает разрушение срезаемого слоя. Очевидно этот эффект будет наиболее заметен при снятии стружек минимальной толщины, т.е. при абразивной обработке.

Например, титановые сплавы отличаются пониженной шлифуемо- стью. Более высокие температуры в зоне резания и большие тепловыделения, чем при обработке металлов, обладающих хорошей обрабатывамо- стью, обусловлены их низкой теплопроводности), которая в значительной степени зависит от процентного содержания алюминия. При содержании алюминия в титановых сплавах около 4 % их коэффициент теплопроводности близок к коэффициенту теплопроводности жаропрочных сталей и находится в пределах 8,63 - 9,63 Вт/(м®К), что примерно в 4 раза меньше, чем у железа.

При шлифовании титановых сплавов кругами с зернами из окиси алюминия хорошие результаты показывает фосфат бария: барий хорошо адсорбируется на окиси алюминия, а фосфатный радикал является наиболее эффективным анионом при адсорбции на поверхности титановых сплавов.

При использовании СОЖ, в состав которой входит фосфат бария обрабатываемая поверхность титановой заготовки, эффективно экраниру-ется от взаимодействия с зернами, содержащими окись алюминия, что заметно уменьшает износ круга. Большинство присадок обеспечивают наилучшие выходные технологические характеристики при определенной концентрации, величина которой зависит от обрабатываемого и инструментального материалов, режимов резания и жесткости системы станок - приспособление - инструмент - деталь.

Ряд обрабатываемых материалов накладывает определенные ограничения на выбор СОЖ:

при обработке меди и медных сплавов нельзя применять СОЖ, которые содержат активную серу;

при обработке титана не используют СОЖ с хлорсодержащими компонентами.

Чтобы не вызывать коррозию стайка, приспособления, инструмента и детали, присадка, входящая в состав СОЖ, должна взаимодействовать с металлом только при повышенных температурах и давлениях, характерных для обработки металлов резанием. Присадка не должна вызывать повышенного коррозионно-механического изнашивания инструмента.

СОЖ на водной основе, содержащие минеральное масло, эмульгаторы и ингибиторы коррозии, называются эмульсиями. Все масляные капли в эмульсии покрыты оболочкой из молекул поверхностно-активных веществ, которые являются эмульгаторами. Молекулы поверхностно- активных веществ на границе фаз масло-вода ориентированы таким образом, что "гидрофильные отрицательно заряженные части полярных молекул обращены к наружной поверхности капли, образуя на границе фаз монослой отрицательных зарядов. Капли в стабильной эмульсии не сливаются по причине электростатического отталкивания этих заряженных оболочек" [67].

Хорошие результаты показывают СОЖ на синтетической и полу- синтстической основе. Их получают путем химического синтеза, что обеспечивают более высокую однородность и большую вязкость при высоких температурах по сравнению с СОЖ на минеральной основе. Основными компонентами синтетических СОЖ являются композиции ПАВ и водорастворимых полимеров. Минеральное масло в их состав не входит. В концентрате полусинтетических СОЖ содержится 15 — 30% минеральных масел. Работоспособность присадки зависит от строения молекул, наличия полярных групп на концах молекулы. СОЖ на синтетической и полусинтетической основе дороже и экономически оправдывают себя за счет увеличения срока их эксплуатации без замены. У них лучше экологические свойства.

СОЖ подается в зону резания с большой скоростью и интенсивно перемешивается с воздухом. Это может привести к образованию пены и способствует окислению масла, увеличению его вязкости и ухудшению технологических свойств СОЖ. Для борьбы с пенообразованием в масло могут добавлять тысячные доли процента силиконов. В масле они не растворяются, однако настолько тонко диспергируются, что в каждом элементарном объеме масла непременно оказывается некоторое количество постороннего нерастворенного вещества. Введение антипенных присадок позволяет подавить пенообразование. А если пена возникает, то она очень быстро разрушается, не успевая сыграть отрицательную роль. Пузырек «прокалывается» этим инородным телом и перестает существовать.

Окисленное масло оказывает коррозионное воздействие на детали станка. Для замедления этого процесса в пакет включают антиокислительные присадки. Другое их название - антиоксиданты. Задача антиокислителей - разложение первичных продуктов окисления углеводородов (гидропироксидов) и перевод свободных радикалов в стабильное состояние.

В мировой практике стоимость разработки новых СОЖ снижают за счет использования принципа пакетирования функциональных присадок. Этот принцип состоит в том, что к базовому маслу добавляются не отдельные присадки, а сразу пакеты присадок, представляющие собой результат оптимального сочетания присадок различного функционального назначения. Кроме того, существуют специальные присадки, повышаю-щие действие уже самого пакета, улучшая его моющие и антикоррозионные свойства.

В настоящее время химики, синтезируя новые присадки, не могут без проведения станочных испытаний определить, насколько они будут эффективны в СОЖ. Отметим, что для проведения стандартных станочных испытаний СОЖ требуется от нескольких десятков до нескольких сотен литров жидкости, что представляет определенные трудности как для разработчиков новых составов, так и для исследователей, оцегавающих новый состав.

Необходимо разработать стенды, позволяющие дать предварительную оценку эффективности СОЖ в процессе резания, используя небольшое количество присадки. Следует учитывать, что от момента синтеза нескольких десятков грамм присадки до выпуска нескольких тонн ее проходят годы и крайне важно знать, какую из синтезированных присадок следует выпускать в больших объемах. Разработка нового пакета присадок для СОЖ требует больших затрат на проведение исследовательских работ. Срок внедрения новых СОЖ увеличивает сложный и долгий процесс регистрации новой марки и допуска ее к производству.

<< | >>
Источник: Шашин Андрей Дмитриевич. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОЖ IIA ПРОЦЕСС ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА II ЗАГОТОВКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ. 2003

Еще по теме З.1. Методология подбора и разработки новых составов СОЖ:

  1. 1.4. Специальная методология юридической психологии
  2. в. Разработка нового товара.
  3. Разработка нового товара
  4. Выстраивание нового состава сотрудников
  5. Разработка новых IT систем
  6. Кренгель Евгений Ильич. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ КЛАССОВ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ И УСТРОЙСТВ ИХ ГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ СИСТЕМ СКОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ, 2002
  7. 1.3. Проблемы реструктуризации отраслевых комплексов и разработка новых принципов управления.
  8. ВВЕДЕНИЕ
  9. ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ СОЖ
  10. 2.1. Теоретические основы повышения эффективности процесса резания за счет применения оптимальных составов СОЖ
  11. 2.3. Влияние функциональных свойств СОЖ на процесс резания
  12. ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА СОЖ
  13. З.1. Методология подбора и разработки новых составов СОЖ
  14. 3.2. Исследование смазочной способности СОЖ на модельных установках
  15. 3.4. Выводы
  16. 4.3. Экспериментальные исследования влияния состава СОЖ на шероховатость и микротвердость прирезцовой поверхности стружки
  17. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
  18. 50.1. Разработка новой конституции СССР.
  19. Разработка нового устава почтового была возложена на министра внутренних дел еще высочайшим повелением 23 октября 1870 года (П. С. З. N 48837), для чего была составлена особая комиссия.
  20. 13.1. Разработка новой идеологии лейбористов в период оппозиции