СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
METHOD OF ESTIMATION OF PROCESS EFFICIENCY OF LUBRICATING-COOLING LIQUID

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов.
Известны способы оценки технологической эффективности СОЖ по результатам исследования в лабораторных условиях износа режущего инструмента, шероховатости обработанной поверхности, точности обработки, величины крутящего момента (Технологические свойства новых СОЖ для обработки резанием / Под ред. М.И. Клушина. - М.: Машиностроение, 1979, с.86-89).
Однако непосредственное определение указанных параметров, определяющих эффективность СОЖ, связано со значительными затратами средств и времени, особенно в случае, когда надо определить технологическую эффективность нескольких марок СОЖ.
Известен способ оценки качества СОЖ, основанный на сопоставлении величин сил резания, измеренных в течение всего периода стойкости инструмента при использовании базовых и испытываемых марок СОЖ (Gugger М., Putting Fluids to the Test [Cutting Tool Engineering, August, 1999, p.54-62]).
Недостатками известного способа являются значительная трудоемкость и время проведения, поскольку измерение сил резания производится в течение всего периода стойкости инструмента, а также невозможность оценки смазочного и охлаждающего действий СОЖ.
Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости оценки эффективности СОЖ, сокращение времени исследования путем измерения показателей смазочного и охлаждающего действий и сравнения результатов, полученных с применением различных СОЖ и без них.
В процессе механической обработки материалов на основные элементы технологической системы воздействуют силы трения по передним и задним поверхностям режущего инструмента, а также высокие температуры, возникающие в результате воздействия этих сил и деформирования срезаемого слоя. Применение СОЖ снижает силы трения на передней и задней поверхностях режущего инструмента и температуру в зоне резания.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, по которому осуществляют испытания на машине трения и стенде для определения охлаждающей способности и судят о технологических свойствах испытываемой СОЖ, согласно заявляемому изобретению, измеряют действительный коэффициент трения в течение 10-20 с с применением оцениваемой СОЖ и без нее, максимальную скорость охлаждения температурного датчика в испытываемой СОЖ и на воздухе (без СОЖ) от температуры, возникающей в зоне резания, до комнатной температуры, рассчитывают коэффициент комплексной эффективности по формуле:
СОЖ
безСОЖ
безСОЖ
СОЖ
где К - коэффициент трения, полученный с применением испытываемой СОЖ; К - коэффициент трения, полученный без применения СОЖ; V - скорость охлаждения на воздухе; V - скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой СОЖ, и определяют наилучшую СОЖ при заданных режимах по наименьшему значению K.
Суть технического решения поясняется таблицей 1, в которую сведены результаты испытаний различных марок СОЖ на машине трения при испытаниях на разных материалах, а также при испытаниях на стенде для определения охлаждающей способности.
На Фиг.1 представлена схема определения коэффициента трения на машине трения ИИ 5018.
На Фиг.2 представлена испытательная установка машины трения.
На Фиг.3 представлена схема стенда для определения охлаждающей способности СОЖ.
На Фиг.4. представлен график изменения температуры при охлаждении в растворе СОЖ Смальта-3
На Фиг.5. представлен график изменения скорости охлаждения при охлаждении в растворе СОЖ Смальта-3
Предлагаемый способ осуществляется следующим способом.
На универсальной машине трения проводят кратковременное испытание (10-20 с) при трении пары материалов без применения СОЖ, фиксируя величину действительного коэффициента трения. Затем проводят испытание при трении той же пары материалов с применением испытываемой СОЖ, также фиксируя величину действительного коэффициента трения. На стенде для определения охлаждающей способности проводят испытания для определения скорости охлаждения без применения СОЖ (на воздухе) и с применением СОЖ, испытанной на машине трения. Эффективность смазочного действия СОЖ определяют как отношение действительного коэффициента, полученного с применением испытываемой СОЖ, к коэффициенту, полученному без применения СОЖ. Эффективность охлаждающего действия СОЖ определяют как отношение максимальной скорости охлаждения, полученной без применения СОЖ, к скорости, полученной с применением испытываемой СОЖ. Результаты проведенных испытаний сводятся в таблицу, и рассчитывается коэффициент комплексной эффективности как произведение эффективности смазочного действия и охлаждающего действия по формуле:
СОЖ
безСОЖ
безСОЖ
СОЖ
где К - коэффициент трения, полученный с применением испытываемой СОЖ; К - коэффициент трения, полученный без применение СОЖ; V - скорость охлаждения на воздухе: V - скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой СОЖ.
Эффективной считается СОЖ, обладающая наименьшим значением коэффициента комплексной эффективности K для испытанных материалов.
Конкретный пример реализации предлагаемого способа.
Па машине трения ИИ 5018 проводят испытания по схеме «колодка-ролик» (Фиг.1). Колодка 1 изготовлена из твердого сплава Т15К6, ролик 2, погружаемый в СОЖ 3, - из стали 45. Для проведения экспериментов применяют испытательную камеру 4 (Фиг.2) для работы в жидких средах. Ролик устанавливают на валу через втулку 5 (Фиг.2) и фиксируют гайкой. На вал каретки 6 перед установкой верхнего образца крепят крышку 7. На неподвижном валу каретки устанавливают образец «колодка» в держателе и фиксируют гайкой. Каретку сдвигают в левое положение, плавно опускают до соприкосновения образцов, фиксируют и крепят крышку камеры 7 струбцинами 8, после чего заливают в камеру испытываемую СОЖ до достижения ее уровня 1-1 так, чтобы ролик был погружен в СОЖ на глубину его радиуса. Уровень СОЖ контролируют через окно 9. При этом контакт колодки и ролика происходил в средней части колодки. Затем включают вращение ролика с частотой n=250 об/мин, и посредством механизма нагружения 10 плавно прикладывают нагрузку на колодку до достижения ее заданной силы Р=800 Н. После этого определяют среднее значение момента трения. По имеющимся данным рассчитывают действительный коэффициент трения по формуле:
<mrow><mi>μ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>M</mi><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mi>P</mi><mo>⋅</mo><mi>D</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где М - момент трения, Н·м; Р - прикладываемая нагрузка, Н; D - диаметр ролика, мм. Затем эксперимент повторяют без применения СОЖ и также определяют действительный коэффициент трения.
Для определения охлаждающей способности применяют стенд, схема которого представлена на Фиг.3.
Исследуемую СОЖ заливают в емкость 11 (Фиг.3) и при помощи магнитной мешалки 12 постоянно перемешивают. Датчик температуры 13 нагревают до температуры 710°C в печи сопротивления 14, после чего погружают в емкость 11, а изменения температуры датчика 13 измеряют цифровым термометром 15 и фиксируют в течение всего времени изменения значения температуры на вычислительном устройстве 16. Далее по полученным данным строят графики изменения температуры (Фиг.4) и скорости охлаждения (Фиг.5) и определяют максимальную скорость охлаждения в испытываемой СОЖ и без применения СОЖ.
Результаты проведенных испытаний сводят в таблицу и рассчитывают коэффициент комплексной эффективности по формуле:
СОЖ
безСОЖ
безСОЖ
СОЖ
где К - коэффициент трения, полученный с применением испытываемой СОЖ; К - коэффициент трения, полученный без применения СОЖ; V - скорость охлаждения на воздухе; V - скорость охлаждения, полученная с применением испытываемой СОЖ.
Для оценки технологической эффективности применялись десятипроцентные водные растворы СОЖ следующих марок: Смальта-3, Смальта-3*EP, Смальта-11, Isogrind-130EP, Blasocut 2000, Blasocut 4000, Addinol WH-430, Биосил С и Биосил М.
Наиболее технологически эффективную СОЖ определяют по наименьшему значению коэффициента K при заданных режимах.
Анализ данной таблицы показывает, что при обработке стали 45 наиболее эффективной по коэффициенту комплексной эффективности является СОЖ марки Addinol WH430 (K=0,051).
Таблица 1
Марка СОЖ
Действительный коэффициент трения
Макс. скорость охлаждения, °C/с
Коэффициент комплексной эффективности
Без СОЖ
0,365
4,06
-
Смальта-3
0,160
19,77
0,090
Смальта-3*ЕР
0,150
21,73
0,077
Биосил М
0,175
21,66
0,090
Addinol WH430
0,100
22,00
0,051
Blasocut 2000
0,160
20,47
0,087
Blasocut 4000
0,170
20,70
0,091
Смальта-11
0,170
22,48
0,084
Биосил С
0,155
22,05
0,078
Isogrind-130EP
0,145
20,38
0,079
Заявляемый способ является комплексной оценкой технологической эффективности СОЖ и позволяет значительно снизить трудоемкость и время исследования эффективности СОЖ при заданных режимах, а также учитывать смазочное и охлаждающее действие СОЖ.