Исследование влияния СОЖ на процесс взаимодействия инструмента и заготовки при обработке металлов резанием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Шашин, Андрей Дмитриевич

• Шашин, Андрей Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шашин, Андрей Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ СОЖ.

1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием.

1.2. Выбор СОЖ по заданным технологическим, экономическим и эксплуатационным критериям.

1.3. Тепловой баланс процесса резания.

1.4. Методы подачи СОЖ в зону резания.

1.5. Истощение водных эмульсий в процессе эксплуатации.

1.6. Улучшение санитарно-гигиенических условий обработки за счет применения эффективных СОЖ.

1.7. Цель и задачи исследования.

1.8. Выводы.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ СОЖ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ.

2.1. Теоретические основы повышения эффективности процесса резания за счет применения оптимальных составов сож.

2.2. Расчет стойкости режущего инструмента, исходя из трибологических условий контакта системы.

2.3. Влияние функциональных свойств СОЖ н^а процесс резания.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЫБОР

ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА СОЖ.

3.1. Методология подбора и разработки новых составов СОЖ.

3.2. Исследование смазочной способности СОЖ на модельных установках

3.3. Расчет охлаждающей способности СОЖ.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЖ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ.

4.1. Методика экспериментального исследования эффективности СОЖ на металлорежущих станках.

4.2. Использование методики полнофакторного эксперимента при проведении исследования влияния СОЖ на процесс резания.

4.2. Экспериментальные исследования влияния СОЖ и обрабатываемого материала на процесс стружкообразования.

4.3. Экспериментальные исследование влияния состава СОЖ на шероховатость и микротвердость опорной поверхности стружки.

4.4. Экспериментальное исследование режущих свойств СОЖ.

4.5. Экспериментальное исследование различных факторов, оказывающих влияние на технологические свойства СОЖ.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния СОЖ на процесс взаимодействия инструмента и заготовки при обработке металлов резанием»

Актуальность темы. В настоящее время большое внимание уделяется совершенствованию технологии механической обработки, повышению производительности и точности обработки деталей машин, повышению стойкости инструмента. Использование новых смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) на некоторых операциях обработки металлов резанием позволяет в 2-4 раза повысить стойкость инструмента, в несколько раз уменьшить высоту микронеровностей обработанной поверхности и остаточные напряжения, на 40-50% увеличить производительность обработки, снизить затраты энергии на резание.

СОЖ представляют собой сложные системы, качество которых оценивается по большому количеству параметров. В настоящее время нет общепризнанной теории, объясняющей многочисленные аспекты механизма действия СОЖ, не разработаны научные основы синтеза и подбора состава эффективных СОЖ. Выбор СОЖ выполняется, в основном, эмпирическим путем - на основе личного опыта специалистов или по результатам станочных испытаний. Такой метод подбора оптимального состава требует больших временных и материальных затрат и не гарантирует получения наилучших результатов.

Номенклатура СОЖ постоянно изменяется в связи с возрастающими требованиями по производительности и качеству обработки. Результаты испытаний различных СОЖ, проведенные с разными инструментальным и обрабатываемым материалами, трудно сопоставимы. Если при подборе инструментальных материалов достаточно учитывать два - три показателя (например, теплостойкость, твердость), то для СОЖ такие критерии не найдены.

Исследование сложных и многообразных процессов, происходящих в зоне резания, затрудняют большие градиенты температур и давлений в тонких поверхностных слоях, высокие скорости деформаций. Повышение технологической эффективности СОЖ является комплексной многокритериальной проблемой и выбранное направление исследования является актуальным.

Объектом исследования является СОЖ, используемые на машиностроительных заводах при обработке металлов резанием.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием научных основ процесса резания металлов, технологии машиностроения, физической химии и трибологии.

Экспериментальные исследования проводились на модельных установках, натурных стендах и металлорежущих станках. Достоверность результатов, полученных при проведении исследований, подтверждена теоретическими разработками и экспериментальными данными лабораторных и производственных испытаний.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• на основе системного подхода в работе выполнен комплексный анализ механизма действия СОЖ в процессе резания;

• предложена теоретическая модель, объясняющая механизм действия СОЖ в процессе резания;

• выполнены теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие дифференцированно оценить режущие и смазочные свойства СОЖ.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложена методика и разработаны методы комплексных испытаний, позволяющих разработчикам создавать новые эффективные составы СОЖ. Применение этих разработок позволяет существенно сократить время и материальные затраты на создание новых составов СОЖ.

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методики прошли проверку на АМО ЗИЛ и ОАО «ЭНИМС».

Теоретические результаты работы используются в учебном процессе МГИУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конференции аспирантов и ученых МГИУ в Москве 2002 года и на 11 Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» в г. Пензе в 2002 году.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 4-х работах, общим объемом более одного п.л. (объем авторского текста -более 0,8 п.л.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и изложена на 118 страницах машинописного текста, включая 12 таблиц и 18 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Шашин, Андрей Дмитриевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Установлены основные закономерности механизма действия СОЖ в процессе резания, позволяющие вести целенаправленную разработку новых составов СОЖ, обеспечивающих повышение качества, точности и производительности обработки.

2. Для оценки эффективности СОЖ предложена расчетная модель, учитывающая физико-механическую природу процесса резания и контактное взаимодействие поверхностей заготовки с рабочими поверхностями инструмента.

3. Разработана методика экспериментального исследования режущих и смазочных свойств различных СОЖ на специальном стенде. На основании проведенных испытаний с использованием небольших количеств новых присадок (несколько десятков грамм) выбран оптимальный состав СОЖ , который рекомендован для испытаний в цеховых условиях.

4. Рациональный цикл разработки эффективных составов СОЖ должен базироваться на аналитических методах оценки их химического состава и функциональных свойств, на экспериментальных исследованиях на модельных установках, натурных стендах, на испытаниях СОЖ в лабораторных и производственных условиях.

5. На основе проведенных экспериментальных исследований предложен механизм активации СОЖ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шашин, Андрей Дмитриевич, 2003 год

1. Черпаков Б.И. Развитие станкостроения в Японии и 19-я японская выставка-ярмарка станков//СТИН, 1999, №10, с.28-40.

2. Машиностроение. «Энциклопедия».- М. Машиностроение, 1999 863 с.

3. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под общей ред. С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлинера. М.: Машиностроение, 1986, - 352 с.

4. Бердичевский У.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов. Справочник. М.: Машиностроение, 1984, 224 с.

5. Технологические свойства новых СОЖ для обработки резанием / Под ред. М.И. Клушина.- М.: Машиностроение, 1977. 189 с.

6. Ищук Ю.Л. Технология пластичных смазок. Киев: Наукова думка. 1986.-248 с.

7. Латышев В.Н. Повышение эффективности СОЖ. М.: Машиностроение, 1975, - 89 с.

8. Курчик Н.Н., Вайншток В.В., Шехтер Ю.Н. Смазочные материалы для обработки металлов резанием. М.: Химия, 1976, - 192 с.

9. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки. М.: Машиностроение, 1981, - 288 с.

10. Абрамсон А.А. Поверхностно-активные вещества. Справочник. — Л:1. Химия, 1981.-372 с.1 l.The machine tool industry outlook. England, Japan //1998, №32, P. 17-26.

11. Армарего И., Браун P.X. Обработка металлов резанием: Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1977, 125 с.

12. И.Костецкий Б.К., Носовский И.Г., Караулов А.К. Поверхностная прочность материалов при трении. Киев. Техника, 1976, - 292 с.

13. М.Крагельский ИВ., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977, - 552 с.

14. Старков В.К. Дислокационные представления о резании металлов. М.: Машиностроение, 1979, - 216 с.

15. Венедиктов В.А. О природе видов стойкости инструмента при обработке металлов резанием //Трение и износ. 1990. T.l 1. №1, С. 116-141.

16. Лазюк Ю.Н. Влияние поверхностно-активных смазочно-охлаждающих технологических средств на механическую обработку кремния и арсе-нида галлия: Автореферат дис. канд. хим наук. М., 1989. - 18 с.

17. Малиновский Г.Т. Масляные СОЖ для обработки металлов резанием. -М.: Химия, 1988,- 192 с.

18. Перцов Н.В., Володин Ю.В., Перцов А.В. Влияние водных растворов медно-аммиачных комплексов на обрабатываемость латуни// Физико-химическая механика материалов. 1974. Т. 11. №1. С.41-44.

19. Рутман П.А., Лобанцева B.C., Файнштейн И.З., Антонова Н.Г. Способ улучшения эксплуатационных свойств водоимульсионных СОЖ// Вестник машиностроения. 1987. № 12. С. 49-51.

20. Серов В.А., Дорфман С.Б., Максимова А.И. Универсальные концентраты присадок для СОЖ// Вестник машиностроения. 1982. № 1. С. 25-27.

21. Чулок А.И., Лобанцева B.C. Термический анализ эффективности действия СОЖ. М.: ВНИИТЭМР, 1988. - 40 с.

22. Mould R.W/, Silver Н.В., Syrett R.J.Investigation of the activity of cutting oil additives // The EP activity of Some water based fluids. Part V, Lubrication Engineering, 1977. Vol. 33, N. 6, P. 291-296.

23. Rothwell В., Kuhlchmieren C.Chlorfrei altol der problemlosung // Maschine und Werqsend, Fertiqstechnik. 1986, Vjl. 87, N.19. P. 56-58, 60, 62, 66.

24. Смазочно-охлаждающие технологические среды / Сборник научных трудов. ВНИИПКнефтехим. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982, - 171 с.

25. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под ред. А.И. Резникова. М.: Машиностроение, 1977, - 391 с.

26. Каталог взаимозаменяемости смазочно-охлаждающих жидкостей в странах-членах СЭВ для обработки металлов резанием / Ю.С. Дубровский, А.К. Караулов, В.И. Костюк и др. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1991.-56 с.

27. Худобин Л.В., Бердичесвский Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1977. 189 с.

28. Аксенов А.Ф. Трение и износ металлов в углеводородных жидкостях. М.: Машиностроение, 1972. 149 с.

29. Трент Е.М. Резание металлов;/ Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1980,-261 с.

30. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Высшая школа, 1986, -367 с.

31. Лазюк Ю.Н. Особенности применения СОЖ в процессах механической обработки полупроводников. Теоретические и практические аспекты теории контактных взаимодействий при резании металлов. Чебоксары: Изд-во Чув. ГУ, 1988, С. 35-40.

32. Пичугин И.Г. Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1984, 288 с.

33. Пронкин Н.Ф. Протягивание труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1978, - 80 с.

34. Грановский Г.И. Трудов П.П. и др. Резание металлов. М: Машиностроение, 1954. - 472 с.

35. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя. М. Машиностроение,2000. 208 с.

36. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник.

37. М.: Машиностроение, 1978, 142 с.

38. Суворов А.А. Обработка деталей из вольфрама и его сплавов. М.: Машиностроение, 1978, - 189 с.

39. Ташлицкий Н.И., Турсунов З.М., Мирбабаев В.А. Исследование влияния СОЖ на стойкость торцовых фрез, оснащенных твердым сплавом ВКК, при обработке стали 12Х18Н110Т // Вестник машиностроения. 1981. №6, С. 12-13.

40. Ташлицкий Н.И., Турсунов З.М., Мирбабаев В.А. Исследование влияния СОЖ на стойкость торцовых фрез при обработке хромоникеливого сплава ХН77ТЮР // Вестник машиностроения. 1981. № 4. С. 14-15.

41. Фетисова З.М., Зорев Н.Н. Обработка резанием тугоплавких сплавов. -М.: Машиностроение. 1966, 225 с.

42. Берлинер Э.М. Эффективность смазочно-охлаждающих жидкостей с химически активными элементами//Станки и инструменты. 2000. №3. С.33-35.

43. Подгорков В.В. Разработка способов и техники применения технологических сред и магнитных жидкостей при трении и резании металлов: Дисс. на соискание ученой степени доктора техн. наук. Иваново. 2002.

44. Розенберг Ю.А. Методы аналитического определения степени деформации металла стружки при резании//Вестник машиностроения. 2001. №З.С.34-38.

45. Овсеенко А.Н. Gajek М., Серебряков В.И. Формирование состояния поверхностного слоя деталей машин технологическими методами -Opole: Politechnika Opolska, 2001. 228 с.

46. Лексиков В.П. Технологическое повышение качества и производительности обработки внутренних резьб с крупным шагом Р>3 мм. Ав-тореф. дис. . канд. техн. наук. Брянск., 1998. 18 с.

47. Худобин Л.В. Выбор и применение технологических жидкостей на операциях абразивной обработки//Алмазно-абразивная обработка в машиностроении : Материалы семинара. М.: МДНТП, 1982. С.14-16.

48. Волков М.П., Малиновский Г.Т., Бровин И.Л. Новая СОЖ для скоростного глубинного шлифования инструментальной стали // Станки и инструмент, 1988, № 12, С. 28.

49. Выбор состава СОЖ при шлифовании кругами из эльбора. Методические рекомендации. М.: НИИмаш, 1981, 53 с.52.3ахарченко И.П. Эффективность обработки инструмента сверхтвердыми материалами. М.: Машиностроение, 1982. - 224 с.

50. Кащук В.А., Верещага А.Б. Справочник шлифовщика. М.: Машиностроение, 1988, 480 с.

51. ЛавриненкоВ.И., Дектяренко С.М., Удот Е.М. О выборе эффективного состава СОЖ для алмазного шлифования безвольфрамовых инструментальных материалов // Резание и инструменты. Харьков, 1988, С. 62-68.

52. Попов С.А., Кравченко Ю.Г., Крашенинников Л.Н. Шлифуемость быстрорежущих сталей при использовании СОЖ с различными свойствами // Станки и инструмент. 1981. № 5, С. 20-21.

53. Хрульков В.А., Матвеев B.C., Волков В.В. Новые СОЖ, применяемые при шлифовании труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1982, - 84 с.

54. Ансеров Ю.М., Дуряев В.Д. Машиностроение и охрана окружающей среды. Л.: Машиностроение, 1979, - 224 с.

55. Костюк В.И., Карнаух Г.С. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий. Киев. Техника, 1996. - 120 с.

56. Мэн С.К., Шелектива Т.Г., Парвов А.В. Очистка маслоэмульсионных сточных вод станов холодной прокачки методом ультрафильтрации / Сталь, 1986, № 11.С.104-108.

57. Ясиновский А.А. Оборудование термического обезвреживания промышленных стоков. М.: Машиностроение, 1972. - 185 с.

58. Совместимость присадок различного функционального действия применительно к маслам для резания металлов / В.А. Суров, Г.Т. Малиновский, В.П. Темненко // Химия и технология топлива и масел. 1978, № 3, С.46-49.

59. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975.-343 с.

60. Жилин В.А., Самодумский Ю.М., Середин А.А. Усталостная составляющая интегрального износа режущего инструмента // Технология, автоматизация и организация производства технических систем: Межвузовский сборник научных трудов.- М. МГИУ, 1999. С.96-100.

61. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машгиз, 1962. 382 с.

62. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. - 359 с.

63. Ишлинский И.И. Колебания в металлорежущих станках. М.: Машгиз, 1958.- 141 с.

64. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956.-367 с.

65. Таратынов О.В., Аверьянов О.И. Анализ колебаний, возникающих при нарезании резьб метчиками //СТИН, 2000, №3 С. 19-21.

66. Таратынов О.В. Динамические и статические жесткости в зоне контакта инструмент-заготовка //СТИН, №12, С. 15-17.

67. Макаров А.Д. Оптимизация процесса резания. М.: Машиностроение, 1978,-276 с.

68. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания.- М. Машгиз,1958.

69. Исаев А.И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке металлов резанием. М. Машгиз., 1950.

70. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. — М.: Машиностроение, 1979.-367 с.

71. Kipatrik D.9 Theory composition and application of cutting fluids. Australian machinery and production engineering. 1979, № 4, P. 13 -17.

72. Лупкин Б.В., Лещинский В.Л. Скок Т.П. Применение СОТС при нарезании резьбы и сверлении труднообрабатываемых материалов// Машиностроитель. 1989. №7 С. 21-22.

73. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. - 327 с.

74. Шустер Л.Ш., Криони Н.К. Высокотемпературная триботехника в машиностроении// Триботех 2003. М., 2003. С. 24- 25.

75. В.М.Шумячер, М.П.Волков, А.В.Славин. Стендовые испытания водо-смешиваемых СОЖ при шлифовании. http://www.inftech.ru/oleokam/Shumacer.htm.

76. Roger Н. P. Water based metalworking lubrication. //Lubrication Engineering. 1999. V.40. №9, p. 549 553.

77. Чихос X. Системный анализ в трибонике. М.: Мир, 1982. - 351 с.

78. Yang С. The effects of water hardness on the lubricity of a semisyntetic cutting fluids // Lubrication Engineering. 1979. V.35. №3. P 133 135.

79. Дроздов Ю.Н. Прогнозирование изнашивания с учетом механических, физико-химических и геометрических факторов//Триботех 2003. М., 2003. С.8.