Выбор СОЖ для различных методов резания и условий механической обработки

Категоризация различных типов СОЖ по различным процессам резания и различным условиям обработки (в частности, по материалам, скорости подачи и резания) предпринималась многократно во многих документах, издаваемых производителями СОЖ. Однако эти таблицы имеют очень небольшое значение в практическом применении. Если имеются методы механической обработки, предусматривающие применение конкретной хорошо определяемой СОЖ, то многие аспекты должны быть учтены при выборе продукта, который в большинстве случаев не поддается грубой категоризации. Общих описаний недостаточно для точной классификации продуктов различных типов. Со стороны производителя это дает лишь обшее грубое представление о ряде методов механической обработки, предлагаемых к рассмотрению.
     Даже такое значимое разделение СОЖ на водосмешиваемые и неводосмешиваемые (масляные) продукты, как правило, не содержит ссылки на отнесение СОЖ к конкретному типу обработки резанием и легкости обработки. Применение водосмешиваемых и масляных продуктов возможно почти во всех операциях, хотя в случае развертывания, сверления или хонингования, например, масляные СОЖ находят самое широкое применение. В результате масляные СОЖ часто применяют для решения проблемы, потому что уплотнение станка не позволяет применение водосмешиваемых продуктов.
     Выбор оптимальной СОЖ для конкретного процесса в большинстве случаев ограничен по экономическим соображениям. Необходимость применения крупных централизованных циркуляционных систем и затраты на контроль и поддержание качества СОЖ в большинстве случаев приводят к серьезной рационализации в этой области. В настоящее время, например, в крупномасштабном строительном производстве с самыми разными степенями трудности во многих очень разных операциях часто применяют одну и ту же СОЖ. Вполне можно столкнуться с тем, что все операции — от проблемной операции развертывания до операции шлифования — выполняются с использованием 3 %-ной эмульсии. Такие универсальные СОЖ имеют выдающееся значение с точки зрения объемов потребления. Расширяется также применение семейств жидкостей, и следует отметить, что за универсальными жидкостями будущее.
     Значение свойств материала обрабатываемых заготовок всегда учитывается при выборе СОЖ (например, для материалов с различной степенью растяжимости и твердости). В литературе по СОЖ и в технических характеристиках СОЖ производители, особенно в США, используют индекс обрабатываемости материала для простой разбивки на отдельные продукты. В этом индексе обрабатываемости материала дается ссылка на стандартный материал и конкретно описываются условия резания. В этих условиях обработки материалу присваивается величина 100. Другим материалам присваивается индекс обрабатываемости материала по шкале в зависимости от срока службы режущего инструмента. В самых исключительных случаях опора на обрабатываемость материала приводит к ошибочным заключениям, которые делаются при рассмотрении оценочной таблицы для СОЖ. При этом не учитывается, что обрабатываемость материала — это очень сложный параметр, зависящий от многих факторов. Это становится понятно, например, по рис. 7, где пригодность двух смазочных материалов изменяется для одного обрабатываемого материала простым изменением скорости резания.

Часто не учитываются проблемы образования неверных резцов. Происходит это из-за того, что многие все очень упрощают, рассчитывая на то, что можно «плохую» СОЖ превратить в «хорошую» СОЖ путем увеличения скорости резания. Этот пример наглядно показывает, что таблицы для выбора СОЖ, предлагаемые производителями, — по механическим операциям и простым характеристикам материалов — могут служить только грубым ориентиром. Следует также отметить, что эти таблицы часто рекомендуют различные продукты для одной и той же операции.
     Несмотря на все вышеперечисленные оговорки и сложности, данная классификация материалов по группам обрабатываемости позволяет пользователю сделать первоначальный выбор СОЖ. Число групп материалов обычно находится между пятью и восемью; разбивка на шесть групп, показанная в табл. 2, оказалась особенно успешной.

                                                                                       

2. Метод оценки трения и износа для применения СОЖ

До настоящего времени еще не найдено удовлетворительного метода определения трения и износа в лабораторных условиях. Это связано с тем, что лабораторные методы испытаний вынуждены ограничиваться очень небольшим набором условий обработки по соображениям времени и затрат. Тем не менее разработаны методы, которые пригодны для предварительного выбора и, в частности, дают важную информацию по тенденциям в разработке и применении СОЖ. Часто возможность получения полезной информации усиливается путем сочетания данных, полученных в результате применения двух или более экспресс-методов испытания. Хорошие критерии оценки могут быть получены при сочетании испытания сверлением с испытанием методом токарной обработки для оценки СОЖ, которая была бы пригодна для обычной обработки на автоматических станках. В этом случае такая СОЖ должна давать хорошие компромиссные результаты для ряда операций по обработке металлов. Это единственный чувствительный метод испытания СОЖ для конкретного процесса, например глубокого сверления отверстий. Даже после такой экспресс-оценки окончательные решения могут быть приняты только после проведения конкретных практических испытаний. Механическое испытательное оборудование, применяемое во многих лабораториях по испытанию смазочных масел, как правило, не позволяет делать окончательные выводы в отношении износа режущего инструмента, но дает ценную информацию о реакции присадок для разработки и контроля качества продуктов. Только в немногих случаях установлена полная зависимость между значениями, полученными на четырехшариковом аппарате (VKA), на испытательном аппарате Алимена-Виланда (AWT) или на испытательном аппарате Райхерта (RVT) и фактическими значениями сроков службы режущего инструмента в условиях эксплуатации. Это также относится к методам, применяемым преимущественно в англоязычных регионах, например к методам испытания Фалекса или Тимкена.

2.1. Срок службы режущего инструмента и число деталей, обработанных этим инструментом, как практические параметры оценки

Срок эксплуатации режущего инструмента между двумя заменами называют сроком службы инструмента, а расстояние, пройденное резцом за его срок службы, называют стойкостью. В случае серийного производства число деталей, изготовленных за срок службы, можно использовать вместо термина «срок службы инструмента» для оценки СОЖ. В этом случае определяют момент времени, предельный для срока службы данного режущего инструмента в зависимости от типа операции и обрабатываемого изделия. Речь идет о следующих аспектах: определение коэффициента износа, при котором ожидается разрушение режущего инструмента; снижение качества обработки поверхности обрабатываемого изделия; превышение допусков при обработке изделий; вредное влияние на работу машины. Для оценки СОЖ в реальных условиях эксплуатации применяется метод, при котором срок службы режущего инструмента измеряют по диаметру пятна износа.

2.2. Измерение сил резания в отборочных испытаниях

Самым распространенным экспресс-методом испытаний, применяемым на протяжении многих лет для оценки СОЖ, является так называемый метод крутящего момента. Для проведения данного испытания нарезают резьбу в тщательно подготовленных высверленных отверстиях, а измеренный крутящий момент используют как критерий оценки. Эффективность резания проверяют путем сравнения с эталонной СОЖ. Расчетные значения определяют следующим образом:

            Эффективность нарезания, %, = Крутящийся момент стандартной эталонной СОЖ х 100/ Крутящийся момент испытуемой СОЖ

Значения, полученные этим методом, дают хорошую дифференциацию между различными не водосмешиваемыми СОЖ. К сожалению, эта дифференциация нечеткая для водосмешиваемых продуктов. Тем не менее, этот метод также применим к продуктам, смешиваемым с водой.
Наряду с механической регистрацией крутящего момента, возможности при испытаниях были расширены путем разработки очень чувствительных сверл с тензометром. Измерения обычно производят с помощью устройства, установленного между сверлильным шпинделем и режущим инструментом. Во время испытания на сверление резьбы сила подачи также используется в качестве критерия оценки СОЖ.

2.3. Скорости подачи при постоянной силе подачи

Этот метод испытаний как таковой позволяет получить полезную информацию как с точки зрения режущего инструмента, так и с точки зрения качества обработки. Сверление в твердом материале или в пилотных отверстиях может быть выполнено с меньшим разбросом измеренных значений при постоянной силе подачи. Скорость на каждом обороте шпинделя (скорость подачи) дает четко различимые значения для различных СОЖ.

2.4. Измерение срока службы режущего инструмента экспресс-отборочными методами

Испытания с целью определения срока службы обычно довольно времязатратные и материалоемкие. Поэтому владельцы оборудования стремятся к снижению затрат на оценку СОЖ путем увеличения скорости резания или скорости подачи. И здесь опять-таки существует общее правило: сверление избирают как способ резания, а испытание продолжают до тех пор, пока не будет получена желаемая картина износа или пока не откажет сверлильный аппарат. Кроме хорошей дифференциации между продуктами, результаты показывают, что этот метод сравнительно дорог: например, для оценки только одного продукта при низкой скорости резания требуется 400 отверстий.

С = V · Тⁿ

. В этом уравнении V— скорость резания, T — срок службы режущего инструмента, а С — константа, зависящая от материала и условий резания. Уравнение может быть конвертировано следующим образом:

V = C/Tⁿ

или

log V = nlogT + logC

. Представление последнего уравнения в двойной логарифмической системе дает зависимость, выраженную прямой. На основе этой зависимости СОЖ могут быть характеризованы в отношении их функциональных свойств с помощью одной точки на прямой и градиента «n». Затраты значительно снижаются, если в местах, в которых необходимо прилагать большие усилия при сверлении с низкой скоростью, увеличить скорость сверления. Кроме того, в качестве расчетного параметра необходимо использовать производные скорости подачи и скорости резания в отношении стандартной скорости вместо использования только скорости резания. На рис. 7 показана такая оценка для трех СОЖ.
Чем выше прямая СОЖ на графике, тем она более полога, тем более благоприятны свойства испытуемой СОЖ. Эта оценка срока службы режущего инструмента по Тейлору также показывает пригодность к применению СОЖ при разных условиях резания.

                                                                                                            

2.5. Геометрия резания и поток стружки

В тот момент, когда стружка стекает по режущей кромке инструмента, развивающееся трение оказывает значительное влияние на положение зоны сдвига и, сле¬довательно, на пластическую деформацию стружки. Стружка будет короче, чем дорожка резания. Кроме того, стружка подвержена сжатию. Поскольку СОЖ влияет на трение, могут быть также сделаны заключения о влиянии геометрии стружки на смазочные свойства СОЖ. При геометрическом отклонении от ортогонального резца поперечное сечение стружки (прямоугольник в случае ортогонального резца) испытывает отклонение, например принимает форму параллелограмма, и также изменяется направление стружки. Эти критерии применяются и в лаборатории для оценки СОЖ.

2.6. Другие ускоренные методы оценки

2.6.1. Измерение температуры

Была предпринята попытка оценки СОЖ путем измерения температур по биметаллическому методу. Это термический процесс, в котором два разных материала режущего инструмента врезаются в обрабатываемое изделие и являются термопарой. Электрический потенциал может быть пересчитан в температурные значения. Промывка режущего инструмента СОЖ снижает температуру, образовавшуюся в точке контакта, а жидкость также в значительной степени рассеивает тепло. В этой ситуации рекомендуется применение двух режущих инструментов в форме резьбонарезного инструмента для специальной оценки смазочных свойств, потому что трение имеет большее значение, чем нарезание резьбы.

2.6.2. Радиоактивные режущие инструменты Еще одним ускоренным методом оценки защитных свойств СОЖ может быть использование радиоактивных средств. В этом случае измеряют радиоактивность определенного количества стружки или в зависимости от количества стружки измеряют радиоактивность стружки, суспензированной в жидкости. Это критерий оценки износа режущего инструмента. В последние годы открылись большие возможности для радиоизотопной технологии и особенно возможности тонкослойной активации. Поскольку интенсивность радиации вследствие износа испытуемых режущих инструментов, несомненно, снижается, возможно также измерение радиационной интенсивности непосредственно на режущем инструменте.

2.6.3. Обработка поверхности

В некоторых из описанных методов испытаний оценка качества обработки поверхности изделия используется для дифференциации СОЖ; в некоторых испытаниях на нарезание резьбы это самый важный параметр, используемый для оценки смазочных материалов. Например, в одном методе определяют приемлемые качества и скорость резания, при которой достигается обработка поверхности.