способ подачи масляных сотс

Формула изобретения

Способ подачи одно- и многокомпонентных масляных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) при механической обработке металлов, включающий направленную подачу масляной СОТС в зону контакта в составе активированного электрическими разрядами ионизированного и озонированного газового потока, отличающийся тем, что масляную составляющую в количестве 0,005-4,5 г/ч вводят в воздушный поток, затем образованную воздушно-масляную СОТС активируют электрическими разрядами с образованием полимерных радикалов за счет модификации молекул СОТС, образующих на поверхности металла пленки, выполняющие функции смазочного материала, и активированную воздушно-масляную СОТС подают в контактную зону при избыточном давлении 0,05-5,0 атм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке металлов, в частности, к способам подачи масляных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС).

Известен способ подачи масляных СОТС путем полива зоны резания свободно падающей или напорной струей посредством сопла, входящего в систему подачи СОТС металлорежущего оборудования. При этом расход СОТС составляет от 2-3 л/мин до 10-20 л/мин [1].

Недостатками данного способа являются загрязнение СОТС металлическими и неметаллическими включениями, приводящее к интенсификации абразивного изнашивания инструментов; невысокая биологическая стойкость масляной СОТС, что требует периодического введения в ее состав биоцидных препаратов и замены всего состава СОТС с предварительной промывкой и дезинфикацией системы подачи СОТС на металлорежущем оборудовании; утилизация и регенерация отработанных составов масляных СОТС требует применения сложного оборудования и значительных финансовых вложений; невысокая охлаждающая способность масляной СОТС; загазованность зоны резания продуктами термической деструкции СОТС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подачи масляной СОТС, включающий подачу масляной СОТС направленно в зону контакта в составе активизированного электрическими разрядами ионизированного и озонированного газового потока при давлении не менее 0.04 атм [2].

Основным недостатком этих методов является большая загазованность продуктами распыленной СОТС окружающего пространства, что приводит к ухудшению экологической обстановки и, как следствие, условий труда обслуживающего персонала.

Техническим результатом изобретения является повышение стойкости металлорежущих инструментов путем совокупного действия охлаждающего эффекта, вызванного активированными (ионизированными, озонированными) газообразными СОТС, и смазочного эффекта, обусловленного действием активированных электрическими разрядами микродоз масляной СОТС, подаваемой направленно в зону стружкоотделения.

Технический результат достигается тем, что в качестве смазочного компонента использовалась масляная СОТС, которая подавалась в зону контакта в количестве 0,005-4,5 г/ч с помощью струи газа (в частности, воздуха) при избыточном давлении от 0,05 атм до 5,0 атм посредством ионно-озонатора. Превышение количества масляной СОТС более 4,5 г/ч не приводило к заметному изменению стойкостных показателей инструментов по сравнению с граничными значениями, но при этом фиксировался запах горелого масла. Сопло ионно-озонатора располагалось от зоны контакта на расстоянии 20-100 мм. Уменьшение расстояния менее 20 мм или превышение свыше 100 мм приводило в первом случае к нестабильности поступления ионно-воздушной СОТС с микродозами смазочного компонента в контактную зону инструмента с обрабатываемым материалом в результате помех, возникающих со стороны стружки, во втором - к большому рассеянию СОТС, особенно ее микродозированной составляющей, следствием чего являлось снижение эффективности СОТС.

Газовый поток с находящимися в его составе микродозами смазочного компонента активировался электрическими разрядами (ионизировался, озонировался) на выходе из внутреннего сопла ионно-озонатора. Молекулы масляной СОТС, находящиеся в газовом потоке, взаимодействуя с различными энергетическими частицами и полями, образованными при действии электрических разрядов, частично разрушаются с образованием свободных связей. Например, для случая использования минерального масла, подаваемого воздушным потоком

C_mH_n +(e, hv...) C_m-kH_n-(2k+1) +(e, hv...),

где k=0, 1, 2, 3 и т.д.

Атомы и радикалы кислорода, также образовавшиеся при действии электрических разрядов ионно-озонатора на воздушный поток, модифицируют посредством свободных связей частично разрушенные молекулы масла с образованием полимерных радикалов. Взаимодействие этих радикалов с химически чистыми поверхностями металла, образующимися в процессах стружкоотделения, приводит к образованию пленок, которые выполняют функции смазочного материала между инструментальным и обрабатываемым материалами, что в макроаспекте приводит к повышению стойкости металлорежущих инструментов.

Охлаждение зоны резания осуществляется активированным (ионизированным, озонированным) газовым потоком.

Апробация предлагаемого способа осуществлялась при лезвийной обработке представителей различных групп конструкционных материалов: инструментальная сталь У8, углеродистая сталь 45, хромистая сталь 40Х, титановый сплав ВТ6. Резание проводилось на операциях точения и фрезерования инструментами, изготовленными из быстрорежущих сталей Р6М5, Р9 и оснащенными пластинками твердого сплава Т5К10, ВК6. В качестве смазочного компонента использовались однокомпонентное минеральное масло И-40А, двухкомпонентное минеральное масло И-40А с растворенным в нем йодом в концентрации 0,5 мас.% и многокомпонентные масляные СОТС МР-4 и режущее масло СП-44.

Пример предлагаемого способа.

При фрезеровании пазов у инструментальной стали У8 фрезами толщиной 0,15 мм и диаметром 17 мм, изготовленными из быстрорежущей стали Р9, при скорости резания V=1,5 м/с, подаче S=315 мм/мин, глубине резания t=0,5 мм в качестве СОТС использовалось индустриальное масло И-40А, которое подавалось в контактную зону:

- путем полива свободно падающей струей в количестве 3,0 л/мин по [1],

- в распыленном состоянии с расходом масла 4,0 г/ч при давлении воздуха 0,25 атм,

- в составе активированного воздушного потока посредством ионно-озонатора. Давление воздушной струи изменялось в пределах 0,05-5,0 атм. Количество масляной СОТС, подаваемой в контактную зону, составляло 0,005-4,5 г/ч.

Расстояние от сопла до зоны контакта изменялось от 20 до 100 мм. Исследовался суммарный (интегральный) износ зубьев фрезы на длине пути резания 9,0 м.

Результаты изменения интегрального изнашивания фрез приведены в табл.1.

Таблица 1.
Величина суммарного износа прорезных фрез при использовании различных способов подачи СОТС
Способ подачи масляной СОТС	Величина суммарного износа зубьев фрезы, мм
Базовый объект
Полив зоны резания свободно падающей струей в количестве 3,0 л/мин	1010
Способ охлаждения и смазки распыленными жидкостями
Масляная СОТС подавалась в распыленном состоянии посредством воздушного потока при избыточном давлении 0,25 атм. Расход масла составил 4,0 г/ч. Расстояние от сопла до контактной зоны составляло 60 мм	970
Предлагаемый способ
Масляная СОТС в количестве	730
0,02 г/ч подавалась в зону контакта в составе активированного воздушного потока при избыточном давлении 0,25 атм. Расстояние от сопла до контактной зоны составляло 60 мм
Граничные значения
Избыточное значение давления активированного воздуха 0,05 атм	950
Избыточное значение давления активированного воздуха 5,0 атм	910
Расход масляной СОТС составил 0,005 г/ч	960
Расход масляной СОТС составил 4,5 г/ч	790
Расстояние от сопла до зоны контакта 20 мм	910
Расстояние от сопла до зоны контакта 100 мм	960
Запредельные значения
Избыточное значение давления активированного воздуха 0,04 атм	990
Избыточное значение давления активированного воздуха 5,1 атм	970
Расход масляной СОТС составил 0,004 г/ч	980
Расход масляной СОТС составил 4,6 г/ч	790
Расстояние от сопла до зоны контакта 15 мм	1000
Расстояние от сопла до зоны контакта 105 мм	970

Соотношение полученных результатов лезвийной обработки для различных операций других обрабатываемых и инструментальных материалов и применяемых масляных СОТС близки к приведенным в таблице.

Литература

1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. Справочник. / Под ред. С.Г.Энтелиса, Э.М.Берлинера. М.: Машиностроение. 1995. 496 с.

2. RU 2230647 C1 20.06.2004.