СПОСОБ ПОДАЧИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
METHOD OF FEEDING LUBRICANT-COOLANTS

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке металлов, в частности к способам подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и их компонентов.
Известен способ подачи СОТС, включающий подачу в зону резания ионизированной распыленной жидкости [а.с. СССР №210609, МПК В23b 1/00, опубл. 1968.11.06]. В основу способа положен процесс предварительной аэрации СОТС. В качестве жидкой среды используют дистиллированную воду или растворы на ее основе, подаваемые в количестве около 500 г/ч. Основным недостатком этого способа является невысокая стойкость инструмента, обусловленная низкой химической активностью СОТС. В соответствии с этим способом электроды расположены на пути движения распыленной СОТС. Относительно высокая влажность и низкая температура СОТС, которые необходимы для эффективного отвода тепла из зоны резания, приводят к неблагоприятным условиям образования электрического разряда. При этом существенно снижается концентрация ионизированных частиц в СОТС, что приводит к снижению эффективности резания. Кроме того, попадание на поверхность детали частиц распыленной жидкости мешает взаимодействию активных молекул ионизированного газа с ювенильными поверхностями и снижает эффективность образования окисных пленок на них.
Известен способ, реализованный в устройстве подачи СОТС [Патент РФ 2023567, МКИ В23Q 11/10, опубл. 1994.11.30], заключающийся в подаче в зону резания распыленной смазывающе-охлаждающей жидкости, имеющей пониженную температуру за счет ее предварительного охлаждения в холодном потоке, поступающем из вихревой трубы. Недостатком данного способа является повышенная загазованность окружающего станок пространства продуктами распыленной смазывающе-охлаждающей жидкости, что приводит к недопустимому ухудшению условий труда человека. Поэтому данный способ находит применение, главным образом, на тех операциях, где раньше обработка осуществлялась всухую, а также на станках с ЧПУ, где большие расходы смазывающе-охлаждающей жидкости могут привести к выходу из строя электрооборудования и гидравлики.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подачи СОТС, включающий подачу в зону резания ионизированного в поле коронного разряда газового потока отрицательной или положительной полярности, который могут подавать на переднюю и/или на заднюю поверхности режущего инструмента [Патент РФ 2125929, МПК В23Q 11/10, опубл. 1999.02.10].
Главным недостатком такого способа является то, что охлаждающие свойства СОТС при таком способе существенно снижаются. Это приводит к недопустимому перегреву обрабатываемой детали и инструмента, особенно на черновых операциях. Повышение влажности и снижение температуры потока СОТС, необходимые для более эффективного охлаждения обрабатываемой детали, приводят к нестабильности или невозможности образования коронного разряда.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса обработки резанием за счет интенсификации функциональных свойств СОТС.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе подачи смазочно-охлаждающих технологических средств, включающем подачу в зону резания ионизированного в поле коронного разряда газового потока, согласно изобретению одновременно с подачей в зону резания ионизированного газового потока с температурой 40-80°С на поверхность детали подают поток распыленной жидкости, причем пятно контакта потока распыленной жидкости с поверхностью обрабатываемой детали находится за пределами пятна контакта ионизированного газового потока.
Первый компонент СОТС - ионизированный газовый поток - получают путем пропускания через ионизатор, например, воздуха. Повышение концентрации ионизированных частиц в воздухе достигается за счет создания благоприятных условий для образования коронного разряда. Воздух имеет повышенную температуру (40-80°С) и, вследствие этого, низкие значения относительной влажности. Оба фактора обусловливают более интенсивное образование ионизированных частиц в газовом потоке по сравнению с прототипом. Это, в свою очередь, повышает эффективность образования окисных пленок на ювенильных поверхностях обрабатываемой детали.
Охлаждение обрабатываемой детали осуществляется за счет второго компонента СОТС - потока распыленной в воздухе жидкости, например дистиллированной воды, подаваемой на поверхность детали при пониженной температуре 0-10°С в достаточном для эффективного охлаждения детали количестве (около 50-100 г/ч при чистовой обработке и 500-1000 г/ч при черновой обработке). Для того чтобы эффективность воздействия на деталь каждого из потоков не снизилась, необходимо, чтобы пятно контакта потока распыленной жидкости с поверхностью обрабатываемой детали находилось за пределами пятна контакта ионизированного газового потока.
Кроме того, достаточно сухой (относительная влажность около 5%) и имеющий повышенную температуру (40-80°С) поток ионизированного газа, попадая на поверхность детали, способствует интенсивному испарению влаги с поверхности детали, охлаждающей деталь и которая одновременно мешает взаимодействию активных молекул ионизированного газа с ювенильными поверхностями. Диапазон значений температуры ионизированного газового потока определяется из следующих соображений. Забор воздуха, как правило, осуществляется из атмосферы, поэтому значения его исходной температуры и влажности колеблются в некотором диапазоне. При неблагоприятных условиях, когда температура подаваемого в ионизатор воздуха около 20°С и его относительная влажность 100% подогрев воздуха до 80°С позволяет снизить его относительную влажность до 5% (значения определены по Id-диаграмме влажного воздуха Л.К.Рамзина). При благоприятных условиях, когда температура воздуха, например, 10°С и его относительная влажность 40%, для понижения относительной влажности до 5% требуется нагрев воздуха всего до 40°С.
Способ поясняется схемой, показанной на чертеже.
На схеме показаны обрабатываемая деталь 1, резец 2, сопло подачи ионизированного газа 3 и сопло подачи распыленной жидкости 4.
Ионизированный газовый поток из сопла 3 подается в зону контакта металлорежущего инструмента 2 и обрабатываемой детали 1 при температуре, которая необходима для устойчивого коронного разряда (40-80°С) и эффективной сушки поверхности детали. В непосредственной близости от зоны резания на обрабатываемую деталь 1 подается распыленная жидкость из сопла 4 в количестве 50-1000 г/ч при температуре 0-10°С, необходимой для эффективного охлаждения детали.
В данном способе теплота, выделяемая в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемую деталь, уходит в тело самой детали. Перегрев детали исключается непрерывным съемом теплоты с поверхности детали посредством подачи на нее распыленной в воздухе жидкости, температура которой существенно ниже (на десятки градусов Цельсия), чем температура обрабатываемой детали и температуры подаваемого в зону резания ионизированного газа. Каждый из потоков имеет параметры (температуру, влажность и давление, химический состав) оптимальные для выполнения своих функций. Это позволяет повысить функциональные свойства СОТС в зоне резания и тем самым повысить эффективность резания.
Для проверки способа определялась средняя температура прутковой заготовки после ее токарной обработки. Эксперименты проводились на универсальном токарно-винторезном станке 1К62. В качестве обрабатываемой заготовки был использован цилиндрический пруток диаметром 80 мм и длиной 600 мм из стали 40Х. Подача ионизированного газового потока через сопло 3 осуществлялась на переднюю поверхность режущего инструмента при температуре 40°С.
В первом случае расход воды через сопло 4 составлял 600-700 г/ч. При непрерывном точении прутка в течение одной минуты резцом Т15К6 в режиме черновой обработки (скорость резания V=0,42 м/с, подача S=0,6 мм/об, глубина резания t=1,5 мм) средняя температура заготовки, замеренная с помощью термопары, повышалась с 21°С до 44°С и больше не росла.
Во втором случае расход воды через сопло 4 составлял 50-70 г/ч. При непрерывном точении того же прутка на чистовых режимах обработки в течение двух минут резцом из сплава Т15К6 (скорость резания V=1 м/с, подача S=1,5 мм/об, глубина резания t=0,2 мм) средняя температура прутка повышалась с 21°C до 39°С.
Повышение температуры ионизированного газового потока через сопло 3 до 80°С не вызывало существенного (более 10°С) дополнительного нагрева обрабатываемой детали.