СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ (СОЖ), ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ПРИ РЕЗАНИИ МАТЕРИАЛА
METHOD OF ASSESS EFFICIENCY OF METALWORKING LUBRICANT (MWL) USED IN CUTTING MATERIAL

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]).
Недостатком известного способа является значительная трудоемкость и время проведения, поскольку измерение сил резания производится в течение всего периода стойкости инструмента.
Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости оценки эффективности СОЖ и сокращение времени исследования путем измерения составляющих сил резания и сравнения результатов, полученных с применением различных СОЖ и без них.
В процессе механической обработки материалов на основные элементы технологической системы воздействуют силы, возникающие в результате деформирования срезаемого слоя и поверхности обрабатываемой детали, а также силы трения по передним и задним поверхностям режущего инструмента. Применение СОЖ снижает силы трения на передней и задней поверхностях режущего инструмента, что способствует уменьшению сил резания.
x
y
z
рез
Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), используемой при резании материала, согласно заявляемому изобретению, измеряют составляющие силы резания по трем координатам P, P, P при различных скоростях, подаче и глубине резания при кратковременном резании материала в течение 10-15 с с применением исследуемой СОЖ и без нее, рассчитывают результирующие силы резания Р с СОЖ и без нее соответственно по формуле:
,
затем определяют коэффициент технологической эффективности исследуемой марки СОЖ по формуле:
резСОЖ
рез
К=Р/Р,
резСОЖ
рез
где Р - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Р - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н,
и определяют наиболее технологически эффективную СОЖ при заданных режимах резания по наименьшему из значений коэффициента К.
Суть технического решения поясняется таблицей 1, в которую сведены результаты испытаний различных марок СОЖ при точении стали 45, рисунками 1 и 2, на которых приведены зависимости силы резания Р от величины подачи S при обработке стали 45 с применением различных марок СОЖ со скоростями резания V=35 м/мин и V=57 м/мин соответственно.
Предлагаемый способ осуществляется следующим способом.
рез
На станке проводят кратковременное резание (10-15 с) материала без применения СОЖ, фиксируя величины составляющих силы резания. Испытания проводятся с помощью универсального динамометра. Затем проводят кратковременное резание материала, применяя водный раствор СОЖ испытуемой марки, также фиксируя величины составляющих силы резания. Подача СОЖ в зону резания осуществляется свободно падающей струей на режущий инструмент и обрабатываемую деталь. Измерения проводятся при различной скорости резания, подаче и глубине резания. Результаты проведенных испытаний сводятся в таблицу, и рассчитываются результирующие силы резания Р с СОЖ и без нее соответственно по формуле:
,
и определяется коэффициент технологической эффективности К исследуемой марки СОЖ по формуле:
,
резСОЖ
рез
где Р - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Р - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н.
Эффективной считается СОЖ, обеспечивающая наименьшие силы резания и коэффициент К при заданных режимах резания.
Конкретный пример реализации данного способа.
На токарном станке ФТ-11 с помощью универсального динамометра УДМ-100 и приборного щита с микроамперметрами М907 проводят кратковременное резание стали 45 без СОЖ, фиксируя результаты величин составляющих силы резания. При этом применялся проходной упорный резец с пластиной из твердого сплава ВК8. Для оценки применялись 10% водные растворы СОЖ следующих марок: Смальта-3, Смальта-3ЕР, Смальта-11, Isogrind, Blasocut 2000, Blasocut 4000, Addinol, Росойл, Биосил С и Биосил М. Затем проводят кратковременное резание материала, применяя водные растворы СОЖ испытуемых марок, также фиксируя величины составляющих силы резания. Подача СОЖ в зону резания осуществляется свободно падающей струей на режущий инструмент и обрабатываемую деталь. Обработка проводилась при следующих режимах: скорость резания V=35 м/мин и V=57 м/мин, глубина резания t=1 мм и подача S=0,1, S=0,19 и S=0,38 мм/об. Результаты проведенных испытаний сведены в таблицу 1. По полученным данным построены графики зависимостей силы резания Р от величины подачи S, представленные на рисунках 1 и 2, при скоростях резания V=35 м/мин и V=57 м/мин соответственно.
Таблица 1
Вид СОЖ
Силы резания, Н
Скорость резания
Скорость резания
V=35 м/мин
V=57 м/мин
Подача S, мм/об
Подача S, мм/об
0,1
0,19
0,38
0,1
0,19
0,38
1
2
3
4
5
6
7
8
Без СОЖ
P<sub>z</sub>
250
600
1150
450
650
1100
P<sub>x</sub>
150
270
750
315
405
495
P<sub>y</sub>
90
120
375
180
270
330
Р
305,12
668,81
1423,24
578,04
812,05
1250,57
Вода
P<sub>z</sub>
250
600
1300
300
650
1050
Р<sub>х</sub>
120
210
600
195
390
435
P<sub>y</sub>
75
135
420
135
255
315
Р
287,27
649,87
1492,11
382,43
799,77
1179,39
K
0,94
0,97
1,05
0,66
0,98
0,94
Blasocut 2000
P<sub>z</sub>
350
600
1400
350
600
1000
Р<sub>х</sub>
90
195
525
210
360
390
P<sub>y</sub>
90
135
330
135
255
270
Р
372,42
645,17
1531,18
429,91
744,73
1106,80
K
1,22
0,96
1,08
0,74
0,92
0,89
Blasocut 4000
P<sub>z</sub>
300
550
1100
400
650
1050
P<sub>x</sub>
75
150
375
240
405
420
P<sub>y</sub>
75
105
255
135
270
315
Р
318,20
579.68
1189,81
485,62
812,05
1173,94
K
1,04
0,90
0,78
1,13
1,09
1,06
1
2
3
4
5
6
7
8
Isogrind
P<sub>z</sub>
350
600
1150
350
650
1100
P<sub>x</sub>
135
225
450
225
360
420
P<sub>y</sub>
90
135
330
135
270
330
Р
385,78
654,87
1278,24
437,44
790,57
1222,82
K
1,26
0,98
0,90
0,76
0,97
0,98
Смальта-3
P<sub>z</sub>
250
500
1000
300
650
1100
P<sub>x</sub>
120
210
450
195
390
420
P<sub>y</sub>
75
135
300
120
255
300
Р
287,27
558,86
1136,88
377,39
799,77
1215,07
K
0,94
0,84
0,80
0,65
0,98
0,97
Смальта-3 *ЕР
P<sub>z</sub>
250
550
1250
450
650
1000
P<sub>x</sub>
120
210
450
240
405
435
P<sub>y</sub>
60
120
300
150
255
300
P
283,73
600,83
1361,98
531,60
807,19
1131,03
K
0,93
0,90
0,96
0,92
0,99
0,90
Смальта-11
P<sub>z</sub>
250
500
1050
300
650
1050
P<sub>x</sub>
120
255
540
135
345
390
P<sub>y</sub>
75
165
375
75
240
270
Р
287,27
585,02
1238,84
337,42
774,03
1152,17
K
0,94
0,87
0,87
0,58
0,95
0,92
Addinol
P<sub>z</sub>
300
500
1000
200
600
1050
P<sub>x</sub>
120
210
480
135
375
420
P<sub>y</sub>
75
135
360
75
255
285
Р
331,70
558,86
1166,19
252,69
752,10
1166,24
K
1,09
0,84
0,82
0,44
0,93
0,93
Росойл
P<sub>z</sub>
250
500
1050
250
550
1000
P<sub>x</sub>
135
240
525
135
375
420
P<sub>y</sub>
75
150
360
75
240
270
Р
293,85
574,54
1227,89
293,85
707,62
1117,72
K
0,96
0,86
0,86
0,51
0,87
0,89
Биосил С
P<sub>z</sub>
300
550
1000
300
600
1100
P<sub>x</sub>
120
225
510
120
360
420
P<sub>y</sub>
75
150
360
90
255
285
Р
331,70
612,88
1178,86
335,41
744,73
1211,46
K
1,09
0,92
0,83
0,58
0,92
0,97
Биосил М
P<sub>z</sub>
250
550
1150
300
650
1050
P<sub>x</sub>
120
240
555
150
390
420
P<sub>y</sub>
75
150
405
90
270
300
Р
287,27
618,55
1339,61
347,28
804,67
1170,00
K
0,94
0,92
0,94
0,60
0,99
0,94
Наиболее технологически эффективную СОЖ определяют по наименьшему значению коэффициента К при заданных режимах резания.
Анализ данной таблицы показывает, что при обработке стали 45 со скоростью резания V=35 м/мин наиболее эффективными марками СОЖ являются:
при подаче S=0,1 - Смальта 3*ЕР (К=0,93);
при подаче S=0,19 - Addinol (К=0,84);
при подаче S=0,38 - Blasocut 4000 (К=0,78).
При обработке стали 45 со скоростью резания V=57 м/мин наиболее эффективными марками СОЖ являются:
при подаче S=0,1 - Addinol (К=0,44);
при подаче S=0,19 - Росойл (К=0,87);
при подаче S=0,38 - Blasocut 2000 (К=0,89).
Заявляемый способ оценки технологической эффективности СОЖ позволяет значительно снизить трудоемкость и время исследования эффективности СОЖ при заданных режимах резания.