УДК 621.7\9 №8 Обработка материалов в машиностроении

Симинченко И.П., Сошко В.А., Малыгин А.В.

Херсонский национальный технический университет

ПОЛИМЕРНЫЕ ПРИСАДКИ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ СМАЗКАМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Одним из важных резервов повышения производительности труда при обработке металлов резанием является применение смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые способствуют снижению интенсивности силовых нагрузок на режущий инструмент и обрабатываемый материал, повышают износостойкость инструмента, снижают шероховатость обработанной поверхности, формируют приповерхностный слой обработанной детали, что во многом определяет их эксплуатационную долговечность.

Применение СОЖ приобретает первостепенное значение особенно при механической обработке труднообрабатываемых сталей, когда наблюдается невысокая стойкость режущего инструмента, низкое качество обработки.

Анализ исследований в области эффективности СОЖ позволяет считать [1], что наиболее перспективными являются СОЖ на полимерной основе, которые отличаются от обычных существенным повышением эффективности ее действия на процесс резания, особенно при механической обработке труднообрабатываемых сталей. Детальное изучение специфического влияния полимерной присадки к СОЖ на процесс резания позволяет считать, что в этом случае под влиянием температуры в зоне резания происходит термодеструкция полимера с образованием химических элементов в атомарной или другой активной форме (радикалы, ионы, ион-радикалы), которые, по-видимому, демонстрируя трибологическую активность, облегчают обрабатываемость сталей.

В данной работе ставилась задача исследовать образующиеся в зоне резания продукты термодеструкции полимерной компоненты СОЖ и оценить их влияние на обрабатываемость сталей. Показано, что в зоне резания, в результате деструкции полимерной компоненты СОЖ образуются не только газообразные вещества, но и твердый маслянистый остаток, который накапливается на режущей кромке инструмента.

Известно [4], что образующийся после термодеструкции твердый остаток представляет собой полисопряженную систему [2], обладающую свойствами полупроводникового катализатора. При этом область его каталитической активности соответствует максимальной концентрации парамагнитных центров (ПМЦ), образующихся при термодеструкции полимера. В связи с этими исследования проводились с использованием метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), что позволяло получить информацию о газообразных и твердых продуктах разложения полимерной присадки к СОЖ.

Показано, что при термодеструкции полиэтилена образуются радикалы, дающие сигнал ЭПР (рис. 1). Данный спектр – несимметричный секстет можно с определенной степенью точности сопоставить с секстетом линий сигнала ЭПР радикала вида [3], который через некоторый промежуток времени переходит или в концевой радикал или гибнет.

Рис. 1.	Рис.2.

Характерно, что энергия образования серединного радикала составляет 80 ккал/моль, а гибели 6-8 ккал/моль [4]. При этом очевидно, что радикал активно участвует как в передаче цепи термодеструкции полимера, так и во взаимодействии с поверхностью деформируемого металла, образуя стойкую маслянистую пленку. Необходимо отметить, что спектр ЭПР продуктов термомеханодеструкции при измерениях в области комнатной температуры представляет собой, как правило, синглет с сверхтонкой структурой (СТС). При этом для раздельного определения радикальных и полисопряженных продуктов в общем числе ПМЦ требуются специальные косвенные методы. Вместе с тем, для качественного определения зоны максимального воздействия полимерсодержащей СОЖ можно применить оценку кинетики образования общего числа ПМЦ.

Результаты исследований показали, что при температуре 600^OC скорость образования ПМЦ из полимерсодержащей СОЖ значительно выше, чем из низкомолекулярной, без полимера, и время их образования значительно меньше (рис. 2). По-видимому, при использовании СОЖ на полимерной основе скорость образования ПМЦ и концентрация значительно выше, чем СОЖ с низкомолекулярными органическими добавками. Отсюда следует, что полимерсодержащие СОЖ при прочих равных условиях будут более эффективны по сравнению с СОЖ с низкомолекулярными органическими добавками.

На основе полученных выводов по результатам исследований были проведены испытания сверл на их износостойкость в различных СОЖ и паралельно проводилась оценка шероховатости обработанной поверхности.

Для сравнительной оценки влияния полимерной добавки к СОЖ на ее эффективность была изготовлена СОЖ сравнения: к промышленной СОЖ ЭТ-2 была добавлена 1,5% эмульсия ПВХ. Результаты испытания представлены в таблице 1.

Из представленных данных видно, что введение полимерной присадки в СОЖ значительно повышает ее эффективность.

Таким образом, результаты исследований позволяют сделать следующие выводы, имеющие, как научный интерес, так и важное практическое значение.

При механообработке металлов с помощью полимерсодержащих СОЖ в зоне резания протекают сложные физико-химические процессы и явления:

Таблица 1

Влияние СОЖ на шероховатость поверхности при резании стали Р6М5

№ п/п	Наименование СОЖ	Шероховатость	Глубина обработки резцом до переточки, м	Скорость резания, м/с	Подача, мм/об
1	ЭТ-2+1,5%ПВХ (Украина)	9	2,1	0,6	0,1
2	FAME (Югославия)	15	1,76
3	SNS (Италия)	18	1,1
4	Chimperial (США)	21	0,78
5	Аквол (Украина)	22	0,57
6	ЭТ-2 (Украина)	32	0,41

адсорбция макромолекул полимера на поверхности в зоне резания, их термо- и механодеструкция; образование макрорадикалов с последующей их деполимеризацией, в результате чего выделяются атомарный водород и другие элементы, входящие в состав полимера; насыщение инструмента и обработанных поверхностей атомарным углеродом; хемосорбция водорода на ювенильных поверхностях обрабатываемой поверхности и его диффузия в пластически деформируемый металл; образование химических соединений с легирующими элементами стали и на режущих кромках инструмента.

Часть отмеченных процессов и явлений экспериментально установлена, в том числе и в данной работе. Однако большая часть отмеченных процессов носит феноменологический характер. Это связано с тем, что познание такого исключительно сложного по своей многоплановости и экстремальности условий протекания процесса, каковым является процесс резания металла при непрерывном поливе жидкости с несколькими десятками растворенных и эмульгированных в ней компонентов, чрезвычайно затруднено из-за больших экспеиментальных трудностей. Вместе с тем, доказательство того, что пиролитические превращения исходной присадки СОЖ в процессе механической обработки сталей влияют на их обрабатываемость имеет большое практическое значение, так как отсюда следуют непосредственные рекомендации о подборе эффективных присадок к СОЖ среди полимерных соединений, дающих в цепи термомеханохимических превращений активные формы водорода, углерода и других химических элементов.

Литература:

1. Сошко А.И. – в сб.: Применение полимеров в технологических процессах обработки металлов, Киев, «Наукова думка», 1977.

2. Сошко А.И., Сероштан Т.П., Цыгальный И.И. Металловедение и термическая обработка металлов, 1975, №10, 59.

3. Shimeda Shigitaka Kashiwabara Hisatsuga Polym J.,K, №5, 448, 1974.

4. Радциг В.А., Бутягин П.Ю. Высокомолекулярные соединения, А9, 2549, 1967.