С.Д. Капаева

Восточно-Казахстанский государственный технический университет

г. Усть-Каменогорск, Республика Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТОЧЕНИИ С ВОДОРАСТВОРИМОЙ ПОЛИМЕРНОЙ

СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТЬЮ СОЖ ВП-4

Изучение физики контактных явлений является важной составляющей исследований резания металла. Большой научный вклад по исследованию контактных явлений внесли ученые В.Д.Кузнецов, И.В. Крагельский, Б.И.Костецкий, А.С.Ахматов, Н.А.Буше, Н.Н.Давитенков, А за рубежом-Д.Арчард, Ф.Боуден, Д.Тейбор, Т.Кун и др. [1].

Литературный обзор последних разработок по составам СОЖ показал, что водорастворимые полимерные СОЖ не уступают, по влиянию на контактные процессы, масляным и эмульсионным СОЖ. Поэтому, необходимо было получить такой состав, который по своим охлаждающим способностям не уступает эмульсиям, а по смазочным способностям масляным СОЖ.

Таким образом, как говорилось ранее, новая СОЖ должна сочетать в себе противоположные свойства - это пониженное поверхностное натяжения, т.е. хорошую смачиваемость, проницаемость в трещины металла и повышенную вязкость для создания наибольшего давления в жидкости между двигающимися поверхностями. С этой целью был создан ряд новых составов водорастворимых полимерных СОЖ, исследование которых раскрыло механизм действия их при стружкообразовании и характер пластической деформации обрабатываемого металла при точении.

С целью исследования характера пластически деформированной зоны резания были изготовлены образцы шлифов обработанных деталей и проведен металлографический анализ. Для сравнительного анализа использовалась стандартная жидкость, применяемая на машиностроительном производстве – СОЖ ЭГТ и выбранный наилучший, по технологическим характеристикам, состав водорастворимой полимерной СОЖ ВП-4 [2].

На микроструктуре корня стружки рисунка 1 можно выделить зону максимальной пластической деформации зерен (позиция 1) и характер их течения.

1

2

ψ

Рисунок 1- Микроструктура корня стружки стали 20 в среде СОЖ ЭГТ (×800)

Ряды деформированных зерен металла относительно плоскости сдвига находятся под углом ψ, углом текстуры, и в близи непосредственно поверхностного слоя. Такое расположение деформированных зерен вызывает поверхностное упрочнение, повышение микротвердости поверхностного слоя обработанной детали и стружки.

На снимке видно вырывание металла с поверхности резания резцом, приводящее к неровностям на обработанной поверхности (рисунок 1, позиция 2). Данное явление приводит к шероховатости обработанной поверхности. Значение шероховатости обработанной поверхности в среде СОЖ ЭГТ показано на графиках зависимости шероховатости от скорости резания (рисунок 4).

Изучение микроструктуры корня стружки, обработанного в среде СОЖ ВП-4 (рисунок 2), показало следующие результаты

2

1

ψ

Рисунок 2 -Микроструктура корня стружки стали 20 в среде водорастворимой полимерной СОЖ ВП-4 (×800)

На микроснимке шлифа металла, обработанного в среде СОЖ ВП-4, можно рассмотреть особенность расположения деформированных зерен стружки, определенную форму и ориентацию. Меньшее значение угла текстуры подтвердило теорию об уменьшении значения силы трения под действием полимерной граничной пленки СОЖ ВП-4. Параллельность полос деформированных зерен металла стружки (рисунок 2, позиция 1), при сохранении постоянства угла текстуры, свидетельствует об отсутствии вторичной деформации срезанного слоя, наложение деформированных зерен которого вызывает повышение микротвердости прирезцовой стороны стружки и абразивный износ инструмента. Разность значения степени наклепа поверхностей, обработанных в различных средах, объясняется именно этим фактором (рисунок 3).

Также на микроснимке корня стружки металла, обработанного в среде СОЖ ВП-4, можно отметить характер качества поверхностного слоя, шероховатость (рисунок 2, позиция 2). На снимке явно просматривается уменьшение высоты гребешков шероховатости.

1- обработка без СОЖ; 2- обработка с СОЖ ЭГТ; 3- обработка с СОЖ ВП-4

Рисунок 3 - Зависимость степени наклепа (Н) от скорости резания (V) при чистовом точении стали 20, t =0,5 мм, S= 0,12 мм/об

Рисунок 4- Зависимость высоты микронеровностей (Rz) обработанной поверхности от величины износа инструмента по задней поверхности (hз) при чистовом точении стали 20 резцом с твердосплавной пластиной Т15К6

Механизм действия полимерной водорастворимой СОЖ ВП-4 (рисунок 5) заключается в том, что появляется расклинивающая сила , результирующая данной силы, и совпадает по вектору с направлением силы сдвигающей , что приводит к увеличению результирующей (суммарной силы)

(1)

Эта результирующая сила не может превышать предела текучести обрабатываемого материала, так как происходит его разрушение, и при этом на режущий инструмент резко снижается нагрузка, что приводит к увеличению срока его службы, уменьшению износа и шероховатости обработанной поверхности.

Рисунок 5 – Схема механизма резания с водорастворимой полимерной СОЖ ВП-4

Отсюда следует, что полученные экспериментальные данные значений шероховатости (рисунок 3) и степени наклепа металла (рисунок 4), обработанного в различных средах СОЖ, зависят от особенности протекания процесса пластической деформации, механизма резания. Механизм резания СОЖ ВП-4 заключается, как показали эксперименты, в расклинивающем действие адсорбционной пленки на поверхности металла.

Литература

1 Костецкий Б.И. Натансон М.Э. Беригатский А.И. Механические процессы при граничном трении. -М: Наука, 1972.-170 с.

2 Патент РК №17885. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов. /Комков Н.М., Капаева С.Д. .; 16.10.06, бюл. №10,-2 с.