Rashladno sredstvo za CNC strojeve za aluminij. Suha i polusuha obrada. Vrste rashladnih sredstava za procese oblikovanja metala

Većina operatera alatnih strojeva teško je zamisliti proces obrade bez upotrebe tekućine za rezanje (rashladne tekućine). Međutim, u nekim slučajevima postoji potreba za suhom obradom, što može biti posljedica nedostatka odgovarajuće pripreme opreme ili drugih uvjeta za rad. Analitički podaci iz raznih izvora pokazuju da je trošak osiguravanja hlađenja obratka 2-3 puta veći od troška alata za rezanje. Osim toga, svjetska zajednica sve je više zabrinuta za zaštitu zdravlja i okoliš tijekom proizvodni rad. Odlaganje iskorištene tekućine za rezanje glavna je briga za većinu poduzeća, a udisanje njezinih para može uzrokovati značajnu štetu ljudskom zdravlju. Zbog visokih troškova zbrinjavanja rashladne tekućine, europski proizvodna poduzeća sve češće koriste suhe ili polusuhe (s minimalnom količinom rashladnog sredstva) tehnologije obrade, za razliku od poduzeća u Sjedinjenim Državama. Međutim, zemlje poput Njemačke još uvijek moraju računati s trenutnim gospodarskim i radni uvjeti i koristite rashladnu tekućinu. Međutim, već su predloženi novi propisi koji ograničavaju upotrebu rashladne tekućine u strojnoj obradi.

Razgovarajmo više o suhoj obradi. Mogu li se materijali obrađivati ​​bez rashladnog sredstva? U većini slučajeva možete, ali ovo pitanje zahtijeva detaljnije razmatranje.

Prvo, tekućina za rezanje obavlja niz zadataka:

• Hlađenje. Zato se tekućina naziva rashladna tekućina.
• Mast. Tvrdi materijali poput aluminija nakupljaju se na reznoj oštrici pa je potrebno smanjiti trenje, a time i njihovo zagrijavanje.
• Čišćenje strugotine. U mnogim slučajevima ovaj zadatak je najvažniji. Ako strugotine udare u površinu koja se obrađuje, oštetit će površinu i uzrokovati puno brže otupljivanje alata. U najgorem slučaju, rezač ili rezač umetnut u utor ili rupu može se začepiti strugotinama, uzrokujući njihovo pregrijavanje ili čak oštećenje.

Kod suhe strojne obrade mora se uzeti u obzir svaka od gore navedenih funkcija tekućine za rezanje.

Podmazivanje i nakupljanje na oštrici

Razgovarajmo o podmazivanju. Najmanje sam pažnje posvetio ovoj temi, ali to ne znači da podmazivanje nije bitno u obradi. Prije svega, podmazivanje doprinosi više učinkovit rad alat za rezanje s manje topline. Kada prednji rub rezača klizi preko obratka, on se zagrijava zbog trenja. Osim toga, strugotine se trljaju o rezač, stvarajući dodatnu toplinu. Podmazivanje smanjuje trenje, a time i toplinu. Stoga je jedna od funkcija podmazivanja poboljšanje učinkovitosti hlađenja smanjenjem stvaranja topline. Glavna funkcija maziva je spriječiti nakupljanje na oštrici reza. Svatko tko je vidio kako se aluminij lijepi za rezač odmah razumije važnost ovog pitanja. Nagomilani rubovi mogu vrlo brzo oštetiti alat i time odgoditi rad.

Srećom, prisutnost ili odsutnost nakupina uglavnom ovisi o vrsti materijala koji se obrađuje. Najčešće se nakupljanje događa kod strojne obrade aluminija i čelika s niskim udjelom ugljika ili drugih legiranih elemenata. NA ovaj slučaj moraju se koristiti vrlo oštri noževi s velikim kutovima nagiba (pozitivni kut nagiba je vaš prijatelj!). Također, raspršivanje male količine rashladne tekućine pomaže u suočavanju s ovim problemom, a učinkovitost ove metode nije niža od tradicionalne metode. Ono što je najvažnije, ne zaboravite poduzeti ove mjere prije stvaranja adhezija između strugotine i površine koja se obrađuje.

Čišćenje strugotine

Sljedeći problem kod suhe strojne obrade je uklanjanje strugotine. U tu svrhu može se koristiti komprimirani zrak. Međutim, ova metoda čišćenja možda neće biti potpuno učinkovita u nekim operacijama, kao što je bušenje. Duboko bušenje i bušenje dvije su od najproblematičnijih operacija suhe strojne obrade u smislu uklanjanja strugotine. Da biste riješili problem, možete koristiti procesni zrak koji se dovodi u alat, ali prskanje male količine rashladne tekućine je bolje rješenje. Tekuća rashladna tekućina je bolja u ovom zadatku, jer ima veću gustoću, bolje prenosi strugotinu i hladi obrađenu površinu. Ali pravilna primjena prskanja omogućuje produljenje vijeka trajanja alata u usporedbi s gore opisanom tradicionalnom metodom. Treba napomenuti da je prirodno uklanjanje strugotine učinkovitije na horizontalnim strojevima za glodanje i tokarenje nego na vertikalnim, posebno kod suhe ili polusuhe obrade, zbog prisutnosti gravitacije.

Hlađenje

Razgovarajmo o hlađenju. Temperatura je najvažniji čimbenik koji utječe na vijek trajanja alata za rezanje. Blago zagrijavanje omekšava materijal, što pozitivno utječe na obradu. Istodobno, jako zagrijavanje omekšava alat za rezanje i dovodi do njegovog preranog trošenja. Dopuštena temperatura ovisi o materijalu i premazu alata za rezanje. Konkretno, karbid podnosi znatno više temperature od brzoreznog čelika. Neki premazi, kao što je TiAlN (titan-aluminijev nitrid), zahtijevaju visoke radne temperature, pa se ti alati koriste suhi. Mnogo je primjera gdje izrezivanje rashladne tekućine uz održavanje tehnologije rezultira duljim vijekom trajanja alata. Alati od tvrdog metala osjetljivi su na stvaranje mikropukotina u slučaju naglih promjena temperature tijekom neravnomjernog zagrijavanja i hlađenja. Sandvik u svom obrazovnom tečaju preporuča da se rashladna tekućina ne koristi, barem u velikim količinama, kako bi se spriječilo stvaranje mikropukotina. Također treba napomenuti da visoka toplina negativno utječe na točnost obrade, jer se kao rezultat zagrijavanja mijenja veličina izratka.

Kako se obradaci mogu hladiti bez rashladnog sredstva? Prvo, pogledajmo najčešće metode hlađenja. Postoje dvije vrste rashladnih tekućina - rashladne tekućine na bazi vode i rashladne tekućine na bazi ulja. Rashladna sredstva na bazi vode najučinkovitija su za hlađenje. Koliko? Usporedni podaci prikazani su u sljedećoj tablici:

rashladna tekućina	Određena toplina	Čelik A (kaljeni) Pad temperature, %	Čelik B (žaren) Pad temperature, %
Zrak	0.25
Ulje s aditivima (niske viskoznosti)	0.489	3.9	4.7
Ulje s aditivima (visoka viskoznost)	0.556	6	6
Vodena hidratantna otopina	0.872	14.8	8.4
Otopina sode vode, 4%	0.923	-	13
Voda	1.00	19	15

Prvo, podaci prikazani u tablici pokazuju da učinkovitost različitih vrsta rashladnih tekućina izravno ovisi o njihovom specifičnom toplinskom kapacitetu. Drugo, treba napomenuti da je zrak najgore rashladno sredstvo - njegove karakteristike su 4 puta lošije od karakteristika vode. Zanimljiva je i činjenica da su uljna rashladna sredstva gotovo 2 puta lošija od vode u pogledu svojstava hlađenja. S obzirom na tu činjenicu, kao i sigurnosna pitanja, nije iznenađujuće da mnoga poduzeća koriste rashladne tekućine na bazi vode - one su najbolje rashladne tekućine. Međutim, sredstva za hlađenje na bazi vode učinkovito djeluju samo do određene brzine rezanja, a što je brzina veća, lošije hlade materijal i alat. Jedan od razloga za ovu pojavu je taj što pri velikoj brzini rezanja rashladno sredstvo nema vremena prodrijeti u sva udubljenja i pukotine u materijalu. Zbog toga hlađenje postaje sve manje kvalitativno, što rezultira smanjenjem učinkovitosti hlađenja alata od tvrdog metala pri brzini rezanja većoj od određene vrijednosti.

Mogu se koristiti premazi otporni na toplinu kao što je TiAlN koji ne zahtijevaju hlađenje, ali je moguće i bez njih. Na primjer, možete koristiti komprimirani zrak za hlađenje, ali morate zapamtiti da će velike količine biti potrebne za postizanje učinkovitosti usporedive s vodenim hlađenjem. U slučajevima kada je potrebno hlađenje, mnogo je učinkovitije koristiti ovlaženi zrak koji sadrži raspršenu tekućinu. Prskanje također osigurava podmazivanje, što može biti korisno za materijale kao što je aluminij. Osim toga, pri velikim brzinama rezanja, ovlaženi zrak bolje prodire u sve šupljine u materijalu od vode s vodenim hlađenjem.

Drugi način hlađenja je korištenje ohlađenog zraka. Postoji mnogo načina za hlađenje zraka, a on se prirodno hladi dok izlazi iz mlaznice, ali više od toga učinkovito rješenje je primjena uređaja koji se naziva vrtložna cijev. Navedene podatke o raznim vrstama rashladnih tekućina, kao i detaljne informacije o istraživanjima vezanim uz korištenje zraka i vrtložnih cijevi za hlađenje, možete pronaći u znanstveni rad Brian Boswell "Upotreba zračnog hlađenja i njegova učinkovitost u suhoj obradi materijala."

ovaj posao može biti od velike pomoći ako želite ući u detalje. Boswell razmatra opremanje nekih steznih glava za tokarilice kanalima za zrak, ali zaključuje da je najučinkovitija opcija upotreba vrtložnih cijevi. Ako ćete koristiti samo zrak, on mora biti usmjeren na prava mjesta kako bi se osiguralo učinkovito hlađenje. Boswell je otkrio da je podešavanje vrtložne cijevi puno lakše jer je mlaznica mogla biti dalje od materijala koji se obrađuje. U isto vrijeme, ovaj uređaj može hladiti materijal jednako učinkovito kao i tradicionalni sustav vodenog hlađenja.

Parametri suhe obrade materijala

Pretpostavimo da nemate pribor poput vrtložne cijevi, ali koristite suhi ili ovlaženi komprimirani zrak za podmazivanje i uklanjanje strugotine. Kako to utječe na uvjete obrade (posmak i brzina rezanja) u usporedbi s tradicionalan način rezanje rashladnom tekućinom?

1. Razmotrite zasebno takav parametar kao sto je hrana po zubu. Podesiva vrijednost, ovisno o vrsti hlađenja, je brzina rezanja. U ovom slučaju, brzina posmaka za dani pomak po zubu malo će se smanjiti.
2. Ako se prekorači određeni prag brzine rezanja, podešavanje ovisno o vrsti hlađenja ne radi. U većini slučajeva, rashladni sustav će se potpuno isključiti. Nazovimo ovu vrijednost praga kritičnom brzinom rezanja. Ova brzina će biti nešto sporija, ali se definitivno može prihvatiti kao preporučena brzina za alate presvučene TiAlN. Alati presvučeni TiN (titanijevim nitridom) i dalje će raditi učinkovitije pri ovim brzinama uz hlađenje, tako da je kritična brzina rezanja negdje između brzina preporučenih za alate obložene TiN i TiAlN. Očito je da će kritična brzina ovisiti o vrsti materijala koji se obrađuje, tako da ne postoji univerzalna vrijednost za sve slučajeve.
3. Za brzine rezanja ispod kritične primjenjuje se poseban faktor korekcije. Kao i kritična brzina, koeficijent ovisi o materijalu koji se obrađuje i ima vrijednosti od 60% do 85%. Drugim riječima, za neke materijale koristi se faktor od 60% preporučene brzine (preporuke proizvođača alata temelje se na metodi mokre obrade), dok za druge materijale faktor može biti i do 85%. Koeficijent ovisi o toplinskoj vodljivosti materijala (legure otporne na toplinu prilično je teško obrađivati, jer slabo provode toplinu, a tijekom rezanja se stvara velika količina naslaga), svojstvima podmazivanja rashladnog sredstva itd.

Što je s kvalitetom površinske obrade?

Ovo je posljednje pitanje u vezi suhe strojne obrade. Često je kvaliteta suhe završne obrade niža nego kod mokre strojne obrade. Mnogo je čimbenika koji utječu na kvalitetu, ali u većini slučajeva sve se svodi na smanjenje brzine rezanja. Za održavanje kvalitete obrade važno je kompenzirati smanjenje brzine korištenjem alata većeg radijusa (na primjer, glodalo). Sekundarni faktor je podmazivanje, koje smanjuje trošenje i osigurava glatko rezanje. U tom slučaju pomoći će vam vlažni zrak.

Rezultati

Dakle, koji su zaključci?

Jasno je da je obrada s reznom tekućinom superiornija po parametrima od suhe ili polusuhe obrade, ako se ne uzme u obzir trošak rashladnog sredstva i raspolaže odgovarajućom opremom. Međutim, učinci nisu tako izraženi kao što se čini. Ovlaženi zrak može se koristiti pri obradi viskoznih materijala, a vrtložne cijevi i drugi uređaji za hlađenje zrakom nisu ništa manje učinkoviti od tradicionalne mokre metode. U ovom slučaju, barem ćete imati struju komprimiranog zraka za čišćenje izratka od strugotine. Treba imati na umu da suha obrada dovodi do promjene brzine rezanja za 20-25%. Količina po zubu ovisi o izvedbi vodenog hlađenja. Ispravna orijentacija mlaznice za rashladno sredstvo može povećati posmak po zubu do 5%, a isporuka rashladne tekućine pod visokim pritiskom kroz vreteno omogućuje još veća povećanja produktivnosti.

U nekim je slučajevima odbijanje korištenja rashladne tekućine pravi izazov:

• Legure otporne na toplinu i titan trebaju se obrađivati ​​mokrim rezanjem, osim kada se koriste alati gdje se preporučuje suha obrada. Gornji materijali nemaju dovoljnu toplinsku vodljivost da bi se koristili samo za hlađenje zrakom.
• Materijali koji se nakupljaju na oštrici (neke nehrđajuće legure i aluminij) zahtijevaju upotrebu rashladnog sredstva ili barem ovlaženog zraka za podmazivanje.
• Bez rashladne tekućine vrlo je teško ukloniti strugotine iz dubokih rupa. Ovaj problem se može riješiti dovodom ovlaženog zraka pod pritiskom.

Zapamtiti!

• Ako vaše vreteno nije najbrže na svijetu, najvjerojatnije ćete morati smanjiti brzinu rezanja zbog nedovoljnog broja okretaja u minuti. To je osobito istinito pri obradi aluminija (ili drugih mekih materijala kao što je mesing), kao i pri korištenju malih karbidnih rezača. Međutim, u ovom slučaju odbacivanje tradicionalnog hlađenja tekućinom nije kritično.
• Često je moguće povećati brzinu posmaka smanjenjem debljine strugotine.

U procesu obrade metala uvijek postoji jako trenje između obratka i alata. Ovo je posebno značajno za tokarilice, gdje je rezač vrlo vruć. Intenzivno trenje također uzrokuje preuranjeno trošenje alata za hladnu plastičnu deformaciju, posebno za operacije kao što je brzo savijanje u više položaja ili hladno istiskivanje. U svim tim slučajevima potrebno je koristiti posebne tekućine za rezanje.

Jedan od najnovijih domaćih dostignuća u području tekućina za rezanje je vodotopivo univerzalno rashladno sredstvo EFELE CF-621. Iako je ovo rashladno sredstvo sintetičko, ima najnižu cijenu povezanu s mineralnim proizvodima.
EFELE CF-621 dizajniran je za operacije rezanja na metalima kao što je čelik, uključujući nehrđajući i legirani, lijevano željezo, titan, aluminij i legure bakra.
Ova rashladna tekućina dostupna je u obliku koncentrata. Jantarne je boje i ugodnog mirisa na karamelu, ne sadrži formaldehid, klor i sekundarne amine, stoga ne djeluje štetno na zdravlje. Izrađen od sintetičkih komponenti s dodatkom (do 15%) sastava mineralnog ulja, rashladno sredstvo EFELE CF-621 ima dobru biostabilnost i svojstva visokih performansi. To omogućuje obradu metala s nižom koncentracijom otopine.

Rezne tekućine: struktura, mehanizam djelovanja

Raširena uporaba tekućina za rezanje je zbog činjenice da istovremeno učinkovito odvajaju trljajuće površine obratka i alata, a također smanjuju temperaturu potonjeg. Istodobno je predstavljen sastav komponenti koje uključuju najučinkovitije tekućine za rezanje:

1. Maziva na bazi sintetičkih ili životinjskih ulja.
2. Aditivi koji tvarima daju indikatore protiv trenja, ekstremnog tlaka.
3. Komponente koje isključuju odvajanje sastava tijekom dugotrajnog skladištenja.
4. Tvari koje štite radni alat od korozije i uništenja.
5. Aditivi koji smanjuju agresivnost.
6. Aditivi koji poboljšavaju močivost i smanjuju stvaranje pjene tijekom obrade metala.

Otpadni proizvodi podliježu obveznom zbrinjavanju.

Klasifikacija prema kojoj se proizvode tekućine za rezanje (rashladna sredstva) obično se vrši prema sljedećim parametrima:

1. Po podrijetlu glavnih komponenti. Tako se uljna rashladna sredstva proizvode na bazi tehničkih ulja - naftnih derivata, kao i na bazi masti životinjskog ili biljnog podrijetla.
2. Prema načinu pripreme razlikuju se emulsoli - proizvodi s dugim periodom spontanog ljuštenja ili tehnička uljna rashladna sredstva, koja se pripremaju neposredno prije upotrebe. U potonjem slučaju, koncentrat rashladne tekućine proizvodi se prema GOST-u.
3. U skladu s industrijom njihove primjene, proizvode se sintetička sredstva za hlađenje, dizajnirana za uvjete operacija plastične deformacije, štoviše, za tokarilice.
4. Uljna rashladna sredstva također se razlikuju po fizičkim i mehaničkim svojstvima - kiselinskom broju, viskoznosti, plamištu. Potonja karakteristika određuje mogu li se rashladna sredstva ulja koristiti u operacijama vrućeg utiskivanja ili ne.

Marke najčešćih spojeva za strojnu obradu

Za tokarilice se proizvode sljedeće vrste:

• Emulsoli, koji su razrijeđena konvencionalna mineralna ulja (na primjer, I-12, I-20) Emulsoli na bazi nafte proizvode se prema tehnički zahtjevi GOST 6243-75;
• Emulgatori koji sadrže metalne sapune sintetskih masnih kiselina. Proizvedeno u skladu s GOST R 52128-2003;
• Sintetske formulacije na bazi visokoatomskih alkohola, talova ulja, trietanolamina. Proizvode se prema GOST 38.01445-88, a namijenjeni su za tokarilice koje obrađuju brzorezne, nehrđajuće, legirane čelike. Nije dopušteno koristiti ih u obliku otpada;
• Sulfofrezoli (GOST 122-94) su mješavine visoko pročišćenog ulja i spojeva koji sadrže sumpor. Učinkovito smanjuju trenje, nemaju korozivna svojstva, jer ne sadrže vodu, kiseline, lužine.

Opće svojstvo koje sintetička rashladna tekućina za tokarilice - smanjena viskoznost. Ovdje se glavne komponente rashladnog sredstva lako raspoređuju po složenoj površini alata, dobro ga hlade i ne dopuštaju da se strugotine zalijepe za rezač. U prosjeku, razmatrani pokazatelj za procese obrade ne prelazi 35 - 40 cSt.

U Rusiji se često koriste uvezeni proizvodi, na primjer, iz zaštitni znak MobilCut. Međutim, prema principu supstitucije uvoza, koji se sada široko uvodi u Rusiji, uvezene marke postupno se zamjenjuju domaćim vrstama sličnih proizvoda. Osim toga, opisi takvih proizvoda često ne pokrivaju vrste čelika ili legura obojenih metala (osobito aluminija) koji se koriste u Rusiji. Postoje posebno opremljeni spremnici za iskorištenu rashladnu tekućinu.

Vrste rashladnih sredstava za procese oblikovanja metala

Zbog značajnih specifičnih napora, kao i relativnih brzina klizanja materijala izratka na alatu, marka za primjenu u tehnološki procesi treba imati znatno veću viskoznost. Osim toga, pri značajnim stupnjevima deformacije, na dodirnim površinama počinju kemijsko-mehaničke površinske reakcije koje doprinose pogoršanju uvjeta trenja. To smanjuje životni vijek alata, osobito kod obrade mekih metala kao što je aluminij. Korištenje djelomično istrošenih tvari u preradi aluminija je neprihvatljivo. Zato karakteristične značajke ovi sastavi za uvjete Rusije su:

• Relativno visoka viskoznost. U praksi varira od 45 - 50 cSt za rashladne tekućine na bazi mineralnih ulja tipa I20 (GOST 20799-88), do 75 - 80 cSt za rashladne tekućine sa spojevima sumpora i životinjskim mastima (tipični predstavnik je Ukrinol GOST 9.085-88) ;
• Otporan na raslojavanje ili lom pri visokim temperaturama. Sastav nužno sadrži aditive sumpora, anionske emulgatore. Najčešće korištene marke uključuju etanolamine i alkil sulfate s aditivima prema GOST 10534-88. U otpadnim proizvodima koncentracija takvih komponenti naglo je smanjena;
• Vrste grafita na bazi vode, uključujući aditiv na bazi uljne suspenzije finog ljuspičastog grafita. Izdaju se u skladu s GOST 5962-88.

Posebnu skupinu predstavljaju tvari koje se koriste u preradi aluminija i njegovih legura. Aluminij se odlikuje intenzivnim lijepljenjem na kontaktne površine alata, stoga treba osigurati ne toliko smanjenje temperature koliko visoku čistoću završne površine proizvoda.

Na primjer, kod valjanja aluminijskih limova koriste se:

• Proizvodi na bazi 5 - 10% maziva 59c (GOST 5702-85);
• Emulsoli na bazi sintetskih masnih kiselina s dodatkom trietanolamina (GOST 8622-85);
• Tvari koje sadrže sintetske alkohole visoke molekularne težine: na primjer, etilen glikol GOST 10136-97 ili glicerin GOST 6823-97.

Mnogi sustavi rashladne tekućine dizajnirani za rad s aluminijem proizvode se prema specifikacijama Rusije i drugih zemalja ZND-a. Viskoznost takvih sastava za obradu aluminija obično se uzima kao minimalna.

Priprema, skladištenje i odlaganje reznih tekućina

U Rusiji se i koncentrat rashladne tekućine i komponente za njegovu pripremu proizvode za uvjete određenog poduzeća. Prije upotrebe za obradu metala prolaze kroz sljedeće postupke:

1. Miješanje komponenti na pravim temperaturama (na 60 - 110 °C, što je određeno markom i sastavom).
2. Uzimanje uzoraka za analizu sukladnosti (GOST 2517-80 odnosi se na Rusiju).
3. Skladištenje u specijaliziranim spremnicima koji omogućuju povremeno miješanje, zagrijavanje i sl.
4. Opskrba gorivom u uređajima i uređajima za kontinuiranu opskrbu.

Aditivi se mogu dodati u pripremi rashladne tekućine. U tu svrhu, fini vibratori za emulgiranje često se nalaze na lokacijama ruskih poduzeća.

Tijekom vremena, predmetni sastavi postaju kontaminirani, stoga su predviđeni različiti sustavi koji čiste rashladnu tekućinu od ostataka strugotine, lijepljenog metala itd. Otpadni proizvodi čije učinkovito čišćenje više nije moguće zbrinjavaju.

Video kako zavariti tekućinu za rezanje vlastitim rukama

U tu svrhu, Quaker Chemical Corp. proveo je niz testova na obradi prednje strane aluminijskih sirovina kako bi procijenio učinke različitih rashladnih tekućina na snagu rezanja i trošenje alata. Prilikom obrade s novim alatom za rezanje, rashladno sredstvo nije imalo utjecaja na sile obrade nastale pri istoj brzini rezanja. Međutim, što je alat više obrađivao izradak, to je veća razlika u snazi ​​potrebna za učinkovitu obradu s različitim rashladnim tekućinama.

Ovi rezultati pokazuju sljedeće

Učinak metalne tekućine na snagu rezanja je minimalan kod novijih alata za rezanje. Dakle, razlika između učinka dvaju različitih rashladnih sredstava na snagu rezanja možda neće biti primjetna sve dok se oštrice alata ne počnu trošiti.

Povećanje snage pri glodanju aluminija izravna je posljedica trošenja oštrice. Na stopu ovog trošenja izravno utječu i brzina rezanja i tekućina koja se koristi u obradi metala.
Odnosi između ovih varijabli su linearni (brzina rezanja, trošenje oštrice i snaga rezanja rastu zajedno). Naoružani ovim znanjem, proizvođači potencijalno mogu predvidjeti stanje oštrice u bilo kojoj točki procesa mljevenja, kao i snagu potrebnu pri drugim, neprovjerenim brzinama rezanja.

Ulazak u laboratorij

Ispitivanje se uglavnom fokusiralo na dvije vrste rashladnih tekućina: mikroemulzije i makroemulzije, od kojih je svaka razrijeđena u vodi u koncentraciji od 5%. Glavna razlika između njih je veličina suspendiranih kapljica ulja. Makroemulzija sadrži čestice promjera većeg od 0,4 mikrona, koje rashladnoj tekućini daju neprozirno bijeli izgled. Mikroemulzija ima manji promjer čestica i ima proziran izgled.

Eksperiment je izveden na troosnom CNC stroju Bridgeport GX-710. Uzorak je bio blok od 203,2 x 228,6 mm x 38,1 mm 319-T6 aluminijske legure, lijevane, koja sadrži bakar (Cu), magnezij (Mg), cink (Zn) i silicij (Si). Obrada je obavljena čeonim glodalom promjera 18 mm s osam pločica s nagibom od 15 stupnjeva i radijalnim radijusom od 1,2 mm. Obrađen je s aksijalnom dubinom od 2 mm i radijalnom dubinom od 50,8 mm. Svaka formulacija rashladnog sredstva primijenjena je na zonu rezanja za 28 prijelaza mljevenja pri dvije različite brzine rezanja, 6096 okretaja u minuti (1460 m/min) i 8128 okretaja u minuti (1,946 m/min), kako bi se uklonilo 1321,6 cm3 materijala. Brzine posmaka pri obje brzine bile su 0,5 mm po okretaju (0,0625 mm po umetku po okretaju).

Brzina, trošenje i snaga

Mjerenja snage za ovu studiju tijekom obrade dobivena su korištenjem instrumentalnog sustava upravljanja i adaptivnog upravljanja. Rezultati ispitivanja prikazani su u grafikonima u ovom članku. Očekivano, više velike brzine rezanje je dovelo do veće brzine obrade. Međutim, kao što je gore opisano, razlike u snazi ​​rezanja između dvije tekućine bile su minimalne s novim rezačima.

Na početku procesa, svojstva materijala obratka i geometrija oštrice dominantni su čimbenici koji utječu na snagu rezanja. Razlike između radnih karakteristika metalnog medija pojavile su se tek nakon promjene geometrije oštrice tijekom trošenja. Izbor tekućine za obradu metala izravno je utjecao na brzinu kojom se to trošenje dogodilo i, sukladno tome, potrebnu snagu rezanja u bilo kojoj točki operacije glodanja.

Uz pretpostavku određene osnovne razine performansi za dvije tekućine koje se uspoređuju, testiranje treba provoditi sve dok se pločice ne počnu trošiti kako bi se utvrdilo koja tekućina omogućuje održavanje većih brzina rezanja kroz dulje vremensko razdoblje.

Konstruirani grafikoni omogućili su reći da se brzina povećanja snage može koristiti za predviđanje stanja umetka u bilo kojoj točki operacije glodanja. Isto tako, mjerenja snage pri višestrukim brzinama rezanja mogu se koristiti za dobivanje potrebne snage pri drugim, neprovjerenim brzinama rezanja.

Dokaz

Dok se x-os na slici 1 sastoji od podataka o volumenu uklanjanja sirovina, slika 2 koristi prirodni logaritam ove varijable. Iscrtavanje volumena uklonjenog materijala na ovaj način rezultira nagibom, što je točna stopa kojom snaga raste s naknadnom obradom. Ova mjerljiva mjera potrebna je za predviđanje trošenja alata i performansi rezanja pri različitim brzinama rezanja. Međutim, ovi podaci samo pokazuju da snaga rezanja i uklanjanje materijala rastu zajedno. Potvrda istrošenosti pločice je osobito važna jer pokretačka sila povećanja snage zahtijeva dodatna ispitivanja (osobito, za izravnu korelaciju nagiba linije na slici 2 s trošenjem pločice do koje dolazi tijekom strojne obrade).

Ovi testovi dodali su dvije dodatne rashladne tekućine: još jednu makroemulziju i jednu mikroemulziju. Svaka od četiri tekućine primijenjena je pri brzini rezanja od 1,946 m/min. dok se ne ukloni 660 cm3 materijala. To je osiguralo dovoljno vremena za pojavu abrazije i, u nekim slučajevima, metalne adhezije. Zatim smo izmjerili trošenje prirubnica za četiri tekućine u odnosu na parametar koji povezuje snagu rezanja s volumenom metalnog utora (osobito, nagib snage u usporedbi s prirodnim volumenom uklonjenog metala). Kao što je prikazano na slici 3, ovo je potvrdilo linearni odnos između trošenja pločice i povećane snage rezanja tijekom strojne obrade.

Ostali nalazi

Iako se rezultati ispitivanja ne mogu nužno ekstrapolirati izvan mljevenja aluminija, istraživanja pokazuju da mikroemulzija radi bolje ako je cilj strojna obrada najvećom mogućom brzinom. To je zato što gušća mikroemulzija s uljnim kapljicama manjeg promjera nastoji učinkovitije ukloniti toplinu od makroemulzije i njezinih relativno velikih kapljica. Međutim, postupci koji uključuju manje brzine rezanja mogu pridonijeti makroemulziji i njenoj relativno većoj mazivosti.

Bez obzira na detalje Najbolji način pronaći pravu rashladnu tekućinu znači isprobati različite formulacije na djelu. Razumijevanje odnosa između brzine rezanja, trošenja alata i snage rezanja te načina na koji rashladna sredstva za obradu metala mogu utjecati na te čimbenike presudno za pravi izbor.

Svatko, čak i početnik u obradi metala, zna da je pri izvođenju tokarskih radova na stroju nužno koristiti tekućine za rezanje (rashladna sredstva). Korištenje takvih tehničkih tekućina (njihov sastav može varirati) omogućuje vam rješavanje nekoliko važnih problema u isto vrijeme:

• hlađenje rezača, koji se aktivno zagrijava tijekom obrade (produžujući njegov životni vijek);
• poboljšanje površinske obrade izratka;
• povećanje produktivnosti procesa rezanja metala.

Vrste rashladnog sredstva koje se koristi u tokarenju

Sve vrste rashladnih tekućina koje se koriste za tokarske radove na stroju podijeljene su u dvije velike kategorije.

Rashladno sredstvo na bazi vode
Rashladno sredstvo na bazi ulja

Takve tekućine mnogo lošije uklanjaju toplinu iz područja obrade, ali pružaju izvrsno podmazivanje površina obratka i alata.

Među najčešćim rashladnim tekućinama koje se koriste, može se primijetiti sljedeće.

• Otopina sode pepela (1,5%) u kuhanoj vodi. Takva se tekućina koristi pri grubom uključivanju tokarilica.
• Vodena otopina koja sadrži 0,8% sode i 0,25% natrijevog nitrita, što povećava antikorozivna svojstva rashladnog sredstva. Također se koristi za grubo okretanje stroja.
• Otopina koja se sastoji od prokuhane vode i trinatrijevog fosfata (1,5%), gotovo identična u svom učinku hlađenja tekućinama koje sadrže sodu.
• Vodena otopina koja sadrži trinatrijev fosfat (0,8%) i natrijev nitrit (0,25%). Ima poboljšana antikorozivna svojstva i također se koristi za grubo tokarenje na tokarilicama.
• Otopina na bazi prokuhane vode, koja u svom sastavu sadrži poseban kalijev sapun (0,5-1%), soda pepeo ili trinatrijev fosfat (0,5-0,75%), natrijev nitrit (0,25%).

• Otopina na bazi vode koja sadrži 4% kalijevog sapuna i 1,5% sode. Sredstva za hlađenje, koja sadrže sapun, koriste se pri izvođenju grube obrade, kao i tokarenja oblika na tokarilici. Kalijev sapun, ako je potrebno, može se zamijeniti bilo kojim drugim sapunom koji ne sadrži kloridne spojeve.
• Otopina na bazi vode, kojoj se dodaju emulsol E-2 (2-3%) i tehnička soda (1,5%). Rashladna tekućina ove vrste koristi se kada, za čistoću obrađene površine, što nije potrebno visoke zahtjeve. Upotrebom takve emulzije obradaci se mogu obrađivati ​​pri velikim brzinama.
• Vodena otopina koja sadrži 5-8% emulsola E-2 (B) i 0,2% sode ili trinatrijevog fosfata. Upotrebom takvog rashladnog sredstva izvodi se fino tokarenje na tokarilici.
• Vodena otopina koja sadrži emulsol na bazi oksidiranog petrolatuma (5%), sode (0,3%) i natrijevog nitrita (0,2%). Takvu emulziju možete koristiti pri izvođenju grube obrade, kao i za završnu obradu stroja, omogućuje vam dobivanje površina veće čistoće.
• Tekućina na bazi ulja koja sadrži 70% industrijsko ulje 20, 15% lanenog ulja 2. razreda, 15% kerozina. Rashladna tekućina ovog sastava koristi se u slučajevima kada se režu visoko precizni navoji i obradaci se obrađuju skupim oblikovanim rezačima.

• Sulfofrezol je uljasta rezna tekućina aktivirana sumporom. Ovo rashladno sredstvo koristi se pri okretanju s malim rezom. Prilikom izvođenja grubih radova, karakteriziranih aktivnim i značajnim zagrijavanjem alata i obratka, uporaba takve rashladne tekućine može biti štetna za operatera stroja, jer emitira hlapljive spojeve sumpora.
• Otopina koja se sastoji od 90% sulfofrezola i 10% kerozina. Takva tekućina se koristi za narezivanje navoja, kao i za duboko bušenje i završnu obradu izradaka.
• Čisti kerozin - koristi se kada je potrebno obraditi izratke od aluminija i njegovih legura na tokarilici, kao i kod dorade pomoću oscilirajućih abrazivnih šipki.

Značajke upotrebe tekućina za rezanje

Da bi uporaba rashladne tekućine bila učinkovita, treba uzeti u obzir nekoliko jednostavnih pravila. Brzina protoka takve tekućine (bez obzira radi li se o emulziji ili vodenoj otopini) treba biti najmanje 10–15 l / min.

Vrlo je važno usmjeriti protok rashladne tekućine na mjesto gdje se stvara maksimalna količina topline. Takvo mjesto pri izvođenju tokarenja je područje odvajanja strugotine od obratka.

Od prvog trenutka kada se tokarenje izvodi na stroju, alat za rezanje počinje se aktivno zagrijavati, tako da rashladno sredstvo treba primijeniti odmah, a ne nakon nekog vremena. Inače, s oštrim hlađenjem vrlo zagrijanog, u njemu se mogu stvoriti pukotine.

Nedavno je usvojena napredna metoda hlađenja koja uključuje dovod tankog mlaza rashladnog sredstva sa strane stražnja površina sjekutić. Ova metoda hlađenja pokazuje posebnu učinkovitost kada je na tokarskom stroju potreban alat izrađen od brzoreznih legura za obradu obratka izrađenog od materijala koji se teško režu.

Za proces obrade aluminijskih legura primjenjuju se sljedeći zahtjevi:

1) visoka preciznost obrade i niska hrapavost;

2) visoke performanse i isključenje završnih radova;

3) niska osjetljivost na širenje mehanička svojstva i geometrijske dimenzije (razne vrste materijala alata);

4) relativno niska cijena alata.

Međutim, obrada ovih materijala uzrokuje značajne poteškoće povezane s njihovom visokom viskoznošću, što dovodi do stvaranja naslaga, pregrijavanja i smanjenja trajnosti alata za rezanje, te smanjenja kvalitete obrađenog dijela.

Korištenje suvremenih alatnih strojeva, alata s premazima otpornim na habanje i opskrba reznim tekućinama (rashladnim tekućinama) u zoni rezanja ne osigurava uvijek potrebne parametre kvalitete i produktivnosti. Ipak, danas strojevi za rezanje metala zadovoljavaju zahtjeve točnosti. Ponuđeni asortiman alata i rezultati brojnih istraživanja omogućuju vam odabir takvih reznih pločica čijom se upotrebom povećava produktivnost i kvaliteta obrade.

U isto vrijeme, unatoč razvoju velikog broja marki rashladnih tekućina i testova u ovom području, ne postoji jedinstvena metodologija koja osigurava izbor najučinkovitije rashladne tekućine. Odabir učinkovite marke rashladne tekućine, prema dostupnim podacima, može smanjiti sile rezanja za 20%. Stoga je preporučljivo razviti metodologiju koja osigurava izbor takve marke.

Općenito, rashladna sredstva imaju podmazivanje, hlađenje, pranje, raspršivanje, rezanje, plastificiranje i druge učinke na proces rezanja. Jedno od glavnih funkcionalnih djelovanja rashladne tekućine je učinak podmazivanja, budući da smanjenje trenja u zoni rezanja dovodi do smanjenja intenziteta trošenja alata, do smanjenja sila rezanja, prosječne temperature rezanja i hrapavosti obratka. . Stoga je potrebno istražiti podmazivo djelovanje rashladne tekućine kako bi se odabrala određena kvaliteta za obradu ovih legura.

Proučavanje učinka podmazivanja rashladnog sredstva

Učinak podmazivanja procjenjuje se rezultatima ispitivanja kako na alatni strojevi tijekom obrade, te na tarnim strojevima. Korištenje strojeva za trenje omogućuje ne samo smanjenje potrošnje materijala, samog rashladnog sredstva i utrošenog vremena, već i uklanjanje utjecaja drugih radnji. Stoga je učinak podmazivanja rashladne tekućine u ovom radu ocjenjivan na temelju rezultata ispitivanja na tarnom stroju. Na sl. Slika 1 prikazuje frikcijski stroj koji se koristi za istraživanje rashladnog sredstva.

Budući da je tokarenje najčešća vrsta strojne obrade, za istraživanje smo koristili takvu shemu opterećenja tarnog stroja, koja je omogućila simulaciju ove vrste obrada, - shema "blok - valjak" (slika 2).

Blok je izrađen od materijala alata za obradu - tvrde legure T15K6. Kao materijal za izradu valjaka odabran je jedan od najčešćih predstavnika aluminijskih legura, legura D16.

Istraživanje je provedeno pri sili pritiska na papuču P=400 N i brzini valjka od n=500 o/min. Sila opterećenja odabire se u skladu sa silama rezanja koje nastaju tijekom obrade metala ovih legura. Brzina valjka dobiva se izračunom iz njegovog promjera i preporuka za brzinu rezanja.

Valjak je postavljen na osovinu i doveden u kontakt s blokom. Komora je zatvorena poklopcem i napunjena ispitivanom rashladnom tekućinom. Potom je uključena rotacija valjka s frekvencijom n, a pomoću mehanizma za opterećenje, opterećenje na bloku se glatko primjenjuje dok se ne postigne njegova vrijednost R.

Prema očitanjima instrumenata određene su maksimalne i minimalne vrijednosti momenta trenja. Prosječna vrijednost momenta dobivena je kao aritmetička sredina rezultata pet pokusa. Na temelju dostupnih podataka izračunat je stvarni koeficijent trenja f prema formuli:

Za ispitivanje su korištene 10% vodene otopine rashladne tekućine nekoliko marki: Addinol WH430, Blasocut 4000, Sinertek ML, Ukrinol-1M, Rosoil-500, Akvol-6, Ekol-B2. Osim toga, ispitivanja su provedena bez upotrebe rashladnog sredstva.

Rezultati istraživanja prikazani su u tablici. jedan.

Rezultati provedenih istraživanja omogućuju procjenu učinka podmazivanja ispitivanih rashladnih sredstava tijekom obrade prikazanih skupina materijala. Dobiveni podaci daju mogućnost odabira tehnološki najučinkovitijeg rashladnog sredstva za obradu zadanih materijala u smislu učinka podmazivanja.

Učinkovitost svakog stupnja rashladne tekućine mora se odrediti u usporedbi s tretmanom bez upotrebe rashladne tekućine. Vrijednost učinkovitosti K cm za djelovanje podmazivanja pri obradi različitih materijala određena je formulom:

Što je niža vrijednost K cm, to je ova ocjena učinkovitija u obradi ispitanog materijala. U tablici. Slika 2 prikazuje učinkovitost testiranih vrsta rashladnog sredstva u smislu djelovanja podmazivanja.

Poznato je da pri obradi niske brzine Kada rashladno sredstvo najbolje dopire do zone rezanja, djelovanje podmazivanja rashladnog sredstva ima najveći učinak. Stoga se za grubu obradu preporučuje korištenje rashladnog sredstva s visokim učinkom podmazivanja.

Prema tablici Tablica 2 pokazuje da su pri obradi aluminijske legure D16 najučinkovitije mazive tekućine Rosoil-500 (K cm = 0,089), Akvol-6 (K cm = 0,089) i Ekol-B2 (K cm = 0,096).

zaključke

1. U radu su provedena eksperimentalna istraživanja djelovanja podmazivanja ispitivanih rashladnih tekućina. Prikazani rezultati omogućuju odabir najučinkovitije marke rashladnog sredstva za grubu obradu aluminijskih legura.

2. Rezultati rada posebno će biti korisni u proizvodnji zrakoplovnih dijelova, budući da su zrakoplovni dijelovi podložni povećanim zahtjevima kvalitete i točnosti obrade.

3. Korištenje učinkovite rashladne tekućine osigurava maksimalno moguće smanjenje trenja i prosječne temperature rezanja, što dovodi do produženja vijeka trajanja alata, smanjenja sila rezanja, smanjenja hrapavosti površine i povećanja točnosti obrade.