Действия
внешних сред в зоне резания
Напряженность
процесса резания, интенсивность изнашивания режущего инструмента и качество
обработанной поверхности зависят от свойств той внешней среды, в которой
осуществляется резание. Окружающий зону резания атмосферный воздух является
активной естественной внешней средой, благотворно влияющей на процесс резания.
Кислород воздуха активно участвует в образовании пленок оксидов на поверхностях
инструмента и обрабатываемого материала. Эти пленки экранируют силы
молекулярного взаимодействия и предотвращают адгезионное схватывание и
образование мостиков холодного сваривания инструментального и обрабатываемого
материалов. Резание в вакууме, без кислорода, практически невозможно, вместо
образования привычного вида стружки происходит комкование срезаемого слоя
металла на передней поверхности инструмента; резание происходит неустойчиво с
большими колебаниями силы резания, рывками и грубой вибрацией. Для улучшения
трибологической обстановки в зоне резания применяют искусственные
технологические среды. Направленное изменение свойств этих сред является одним
из путей управления процессом резания и изнашивания режущих инструментов.
Искусственно вводимые в зону резания среды могут быть жидкими, твердыми или
газообразными.
Наиболее
часто в качестве внешних сред, благотворно влияющих на процесс резания и
изнашивания режущих инструментов, издавна применяются различные
смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Первые исследования влияния
смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания и качество обрабатываемой
поверхности проведены в нашей стране в начале 20-го века. По своему составу и
виду основы смазочно-охлаждающие жидкости подразделяются на три группы:
масляные жидкости, водные эмульсии минеральных масел и синтетические жидкости.
Масляные
СОЖ представляют собой минеральные масла, в которые добавлены антифрикционные,
антиадгезионные, противозадирные и другие присадки и ингибиторы коррозии.
Активными (режущими) присадками служат масла и жиры растительного и животного
происхождения и вещества, содержащие фосфор, хлор, серу. Общий объем присадок в
масляных СОЖ может доходить до 40%.
Водные
эмульсии минеральных масел приготавливаются из воды и эмульсолов. Содержание
эмульсола в воде обычно бывает от 2 до 10%, в зависимости от вида выполняемой
операции и напряженности режима резания. В состав эмульсолов входят:
минеральное масло, эмульгаторы, ингибиторы коррозии, бактерицидные,
антиизносные, антипенные и другие присадки. При смешивании эмульсола с водой
образуется непрозрачная эмульсия молочно-белого цвета.
Синтетические
СОЖ представляют собой водные растворы водорастворимых полимеров,
поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ингибиторов коррозии.
Смазочно-охлаждающие
жидкости, подаваемые в зону резания, оказывают смазочное, охлаждающее и моющее
действия. Роль и значение каждого из этих действий зависят от вида операции
механической обработки и свойств обрабатываемого и инструментального
материалов.
Моющее
действие СОЖ заключается в образовании на мелких частицах стружки, нароста и
продуктах износа адсорбционных пленок, препятствующих их слипанию. В результате
частицы легко уносятся струей СОЖ, что приводит к уменьшению абразивного износа
режущего инструмента. Охлаждающее действие СОЖ проявляется, как в поглощении
уже выделившейся теплоты, так и в устранении или уменьшении причин ее
выделения. Уменьшение температуры в зоне резания и охлаждение режущего
инструмента способствуют сохранению режущих свойств инструмента и
износостойкости инструментального материала.
Смазочное
действие СОЖ заключается в образовании на трущихся поверхностях различных по
своей физико-химической природе пленок, уменьшающих силы трения и износ
контактирующих поверхностей путем предотвращения или ограничения явлений
адгезии и схватывания обрабатываемого материала с материалом режущего
инструмента.
В
настоящее время мнение большинства исследователей склоняется к тому, что
смазочное действие СОЖ является их основным и наиболее значимым действием во
всем возможном диапазоне скоростей и температуры резания.
Работами
академика П.А. Ребиндера и его школы установлено, что совместно с
внешнесмазочным действием адсорбционных пленок смазочно-охлаждающие жидкости в
определенных условиях могут оказывать "внутреннее смазочное действие”.
Поверхностно-активные вещества, входящие в состав смазочно-охлаждающих
жидкостей, проникают в зону деформации по плоскостям скольжения в отдельных
зернах обрабатываемого металла и тем самым облегчают процесс пластической
деформации срезаемого слоя. Продукты распада адсорбированных поверхностно-активных
веществ внедряются в кристаллическую решетку наиболее деформированных зерен
металла, переводя его в более хрупкое состояние. Такое охрупчивание приводит к
уменьшению величины предельной пластической деформации срезаемого слоя перед
разрушением и уменьшению работы резания.