Разработка принципиальной схемы системы экологически чистого резания (ЭЧР), оценка значимости факторов, влияющих на параметры ЭЧР. 11

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО РЕЗАНИЯ (ЭЧР), ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПАРАМЕТРЫ ЭЧР

Описан способ разработки принципиальной схемы системы экологически чистого резания (ЭЧР), оценка значимости факторов, влияющих на параметры ЭЧР. Рассмотрен важный элемент разрабатываемой системы ЭЧР — ионизированная газовая среда.

Ключевые слова: экологически чистое резание, режущий инструмент, высокопрочная композиционная керамика, ионизированная газовая среда.

При разработках высокоэффективных, экологически чистых технологий сухой обработки резанием необходимо решение целого комплекса возникающих проблем, связанных с частичной или полной компенсацией различных эффектов жидкой СОТС и обеспечить заданные параметры детали при минимальных затратах. Отказ от применения жидких СОТС требует альтернативной компенсации различных ее эффектов. Поэтому была разработана система экологически чистого резания (ЭЧР) с полной компенсацией физических эффектов СОТС.

В системе ЭЧР предлагается использование двух основных элементов, компенсирующих отсутствие жидкой СОТС: режущий инструмент, оснащенный СМП из высокопрочной композиционной керамики (ВКК) со специальным многослойнокомпозиционным наноструктированным покрытием (МКНП).

Учитывая повышенные термомеханические напряжения при обработке без применения стандартных типов СОТС, действующие на систему резания и на режущий инструмент, применение предлагаемой системы ЭЧР является концепция инструментального материала с повышенными физико-механическими и режущими свойствами на основе композиционно-слоистой системы состоящей из трех основных элементов с градиентом свойств в объеме геометрического тела инструмента. Оснащенный компо-

зит оптимально сочетает свойства твердого сплава (достаточная прочность и вязкость), режущей керамики (высокая твердость теплостойкость и износостойкость) и наноструктурированного покрытия (благоприятная трансформация контактных процессов при резании, «залечивание» поверхностных дефектов керамики). Подобный композиционный материал получил наименование «высокопрочная композиционная керамика» (ВКК) с покрытием.

Технология сухого резания характеризуется следующими особенностями интенсификацией конвекционных процессов отвода тепла из области обработки (компенсация охлаждающей функции жидких СОТС), уменьшением мощности фрикционных источников тепла (компенсация смазочной функции жидких СОТС), снижением поверхностной энергии локальных поверхностных объемов формируемой стружки (компенсация пластифицирующих эффектов жидких СОТС).

Для компенсации физических функций СОТС в системе «сухого» резании (см. рис. 1), используют три основных элемента:

1. Режущий инструмент из ВКК с многофункциональным композиционно-многослойным наноструктурированным покрытием (1, 2).

Рис. 1. Принципиальная схема системы экологически чистой «сухой» обработки с компенсацией физических функций СОТС: 1 — режущий инструмент, оснащенный СМП из ВКК с покрытием; 2 — многофункциональное нано-структурированное покрытие; 3 — срезаемая стружка; 4 — устройства генерации ионизированной газовой среды (воздуха); 5 — устройство для подачи газовой смеси (сжатого воздуха), 6 — источники питания устройств ионизации; 7 — система для генерации УЗК в направлении действия вектора скорости резания

2. Систему генерации и подачи ионизированной газовой смеси (ИГС, например, отфильтрованный воздух) непосредственно в область резания (4, 6);

3. Устройство генерации ультразвуковых колебаний (УЗК), прикладываемых к режущему инструменту в направлении вектора скорости резания (7).

Использование инструмента, оснащенного СМП из разрабатываемой ВКК с наноструктурированным многофункциональным покрытием, в системах ЭЧР с компенсацией физических функций СОТС позволяет прогнозировать увеличение эффективности сухого резания до уровня резания с СОТС или даже превышающего этот уровень, а также существенного повышения производительности и качества сухой обработки.

Важным элементом разрабатываемой системы резания является ионизированные газовые среды. Введение ИГС в зону резания обусловлено необходимостью компенсации охлаждающих, смазочных и пластифицирующих физических эффектов, возникающих в процессе резания при использовании СОТС. Для увеличения проникающей способности ИГС и стимуляции физико-химических процессов в зонах контактирования инструментального и обрабатываемого материала необходима их активация, например, путем ионизации с использованием электрических разрядов различных видов. В разработанном варианте ЭЧР была использована система ионизации газовой среды (например, воздуха) с помощью коронного разряда.

Непрерывный униполярный коронный разряд способствует ионизации элементов, входящих в состав воздуха, обеспечивает преодолению потенциального барьера, препятствующего их взаимодействию с металлическими (химически чистыми) контактирующими поверхностями ОМ и ИМ, где ИГС может полностью скомпенсировать смазочные эффекты СОТС.

Использование технологий экологически чистого сухого резания с компенсацией функций СОТС позволяет довести эффективность сухого резания до уровня резания с жидкими СОТС, существенно повысить производительность и качество обработки различных конструкционных материалов, снизить затраты на производственные процессы, повысить экологическую безопасность технологических процессов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кириллов А. К. Разработка и исследование технологии сухого резания труднообрабатываемых материалов с компенсацией физических функций СОТС / А.К. Кириллов, А.С. Верещака, А.А. Козлов, З.Ю. Ро-бакидзе. // СТИН. — 2009. — № 1. С. 35—40.

2. Кириллов А.К., Верещака А.С. , Дюбнер Л.Г. Разработка системы экологически безопасной формообразующей обработки резанием. — Межд. Науч. — техн. Сборник. «Резание инструмент в технологических системах». — Харьков: ХГТУ,2001Вып. 60, 2001. — С.96 — 102.