книги / Обработка резанием с вибрациями книга

угол увеличивается, при оттекании, наоборот, умень­ шается. Это явление называется «гистерезисом» сма­ чивания и объясняется различной работой адгезии меж­ ду твердым телом и жидкостью для сухой поверхности н смачивающейся в течение крайне малого отрезка вре­ мени. Вибрация капилляра приводит к периодическому смещению столбика жидкости; при этом СОЖ смачи­ вает сухие стенки капилляра, оставаясь в микронеров­ ностях. За счет этого краевой угол уменьшается. Росту интенсивности капиллярного движения при вибрациях способствует снижение вязкости жидкости за счет ее большего нагревания и деструктирования. На эта явления при воздействии ультразвуковых колебаний на­ кладывается ряд других процессов; основные среди них, очевидно, кавитация и звуковой «ветер»; послед­ ний вызывает отрыв пограничного слоя жидкости, что вызывает доступ свежих порций СОЖ к поверхности соприкасающегося с нею твердого тела.

Экспериментальная проверка надежности попадания СОЖ на контактные площадки при обычном резании и резании с вибрациями была проведена по следующей методике [30]. В зону резания поливом подавалась аг­ рессивная жидкая среда, состоящая из водного раствора азотной и щавелевой кислот. Соприкасаясь с незащи­ щенными рабочими поверхностями инструмента, жид­ кость производила их травленне. Затем без прекраще­ ния резания подавался нейтрализующий водный рас­ твор кальцинированной соды; после этого резание пре­ кращалось. Рассматривая под микроскопом режущие грани, стало возможным установить границы зоны травления и тем самым размеры зоны проникновения жидкости или ее паров на площадки контакта. Опыты проводились при обычном и вибрационном точении ста­ ли Х18Н9Т проходным резцом из стали Р18 при ско­ рости резания 6,7 м/мин, глубине резания 2 мм, подаче 0,2 мм}об и осевых вибрациях — частота 40 Щ, ампли­ туда 0,2 мм.

На рис 56 показаны микрофотографии вершины резца при обычном и вибрационном “резавии. В обоих случаях в зону резания подавалась агрессивная жид­ кость. .Передняя поверхность резца вблизи вершины при резании без вибраций не подвергалась действию кислотной смеси. На рисунке видны продольные и

поперечные царапины — следы доводки передней по­ верхности абразивом, а также приварившиеся частицы обрабатываемого металла. При резании с вибрациями рабочие поверхности инструмента подвергались трав­ лению по всей площади вплоть до режущих кромок. Поверхность кромки темная, с характерными призна­ ками химической коррозии.

На рис. 56, в дана микрофотография передней по­

верхности резца, прилегающей к вспомогательной ре­ жущей кромке. Резание проводилось без вибраций. Отчетливо видны две зоны — темная, соответствующая зоне действия агрессивной жидкой среды, и светлая вблизи вершины, куда жидкость не проникла. Подобная же картина была получена и на задней поверхности резца. Сравнение микрофотографий позволяет сделать вывод, что при резании без вибраций смазочная пленка надежно экранирует лишь некоторую часть (примерно 40%) общей площади подвижного контакта рабочей поверхности инструмента с обрабатываемым материа­ лом; наиболее же нагруженная часть, прилегающая к главной режущей кромке, остается незащищенной. При

пленками.

Эффективность действия СОЖ определяется прежде всего увеличением стойкости инструмента при сохране­ нии неизменными режимов обычного резания, а также основными физическими параметрами, определяющими стойкость, т. е. действующими силами резания и тем­ пературой. Выше было показано, что процесс резания с вибрациями повышает эффективность действия СОЖ за счет двух факторов: улучшения условий попадания СОЖ к месту резания и более надежного проникнове­ ния СОЖ непосредственно на контактные поверхности инструмента со стружкой и заготовкой. Учитывая это, для определения эффективности применения СОЖ при резании с вибрациями была принята операция сверле­ ния, где решение обеих задач наиболее затруднительно. Динамические и температурные исследования [30] про­ водились на специальной вибросверлкльной установке, позволяющей сверлить отверстия диаметром до 6 мм.

Установка имеет устройство, позволяющее точно обес­

печивать заданную кинематическую схему резания с вибрациями, определяемую соотношением скорости вра­ щения шпинделя и частотой колебаний сверла. Динами­ ческие исследования проводились спиральными сверла­ ми из быстрорежущей стали Р18 диаметром 4,5 мм с

геометрией заточки: 2q>=130t>; а=17°; ij)=550. Режимы резания и вибрации были постоянными: л =500 об(мин, V — 7,1 м/мин, S o =0,08 лш/об, глубина сверления равня­ лась одному диаметру. Режимы вибраций -Дт=0,08 мм,

т. е. отношение* подачи сверла к амплитуде вибрации

£

= I, /“=42 гц, т. е. соотношение числа оборотов шпин-

Ах

дилось динамометром с тензометрическими датчиками с использованием тензостаиции типа 5-ТС-51 и шлей­ фового осциллографа МПО-2. При расшифровке осциллограмм использовался проектор типа 5ПО-1.

Температура резания измерялась методом искусст­ венной термопары. Для этого были сконструированы и изготовлены специальные сверла диаметром 6 мм с осевым каналом диаметром 1,2 мм, куда вводилась

термопара хромель—алюмель в фарфоровой изоляции. Регистрация ТЭДС осуществлялась с помощью потен­ циометра постоянного тока типа ПП класса 0,2.

Стойкостные исследования [30] были проведены на установке, имеющей конструкцию, аналогичную конст­ рукции станка промышленного типа для вибрационного сверления отверстий малых диаметров ВС-1. Плав­ ное регулирование чисел оборотов шпинделя и скорости подачи осуществлялось в ней путем управления двига­ телями постоянного тока. Стойкостные исследования проводились спиральными сверлами из быстрорежущей

определяющие процесс вибрационного резания, были теми же, что и при динамических и температурных ис­ пытаниях. Составы сред и содержание компонентов приведены в табл. 19; результаты исследований приве­ дены на рис. 57, 58. Они позволяют определить наиболее

2И

свойства жидкостей, что подтверждает теоретические выводы (стр. 182). При обычном сверлении без виб­ раций сплава ЭИ654 на глубину 3 мм (см. рас. 57)

эффективность действия различных СОЖ по мере уве­ личения стойкости сверл располагается в следующей последовательности: 8, 10, 7, 1, 9, 2, 3, 12, 5, 2, 11,

Средний крутящий момент

Рис. 68. Действующие силы и температура при обычном сверлении и сверлении с вибрациями ЭИ481 (4Х12М8Г8МФБ) с использова­ нием различных СОЖ (см. табл. 19)

т. е. наиболее эффективным оказывается состав № 11 (из масла индустриального 20 и порошка сплава Вуда), обладающий высоким смазывающим свойством. Высо­ кие результаты показывает также состав № 5 из масла индустриального 20 и порошка сплава ПОС-61. Напро­ тив, плохие результаты дал, например, водный раствор эмульсола (состав № 7), имеющий средние охлаждаю­ щие и низкие смазывающие свойства.

Сверление с вибрациями вследствие изменения фи­ зического механизма действия СОЖ распределяет их по составу в иной последовательности: № 8, 10, 7, 1, 9, 2, 3, 5, 12, 11, 6, 4. В этих условиях, по изложенным выше причинам, резко возрастает эффективность дейст­

вия состава № 4, т. е. молибденитовой суспензии, что" указывает на резкое улучшение попадания твердых ча­ стиц в зону контакта при резании с вибрациями и сви­ детельствует о высоких смазочных свойствах этого состава в этих условиях. Таким образом, стойкостные испытания подтвердили выводы, полученные выше, о значительном увеличении за счет вибраций эффектив­ ности действия СОЖ, содержащих в своем составе ча­

ствие дисульфида молибдена и графита объясняется их сложным строением. Однако этого свойства для форми­ рования прочных пленок на рабочих поверхностях инструмента недостаточно. Вторым фактором является высокая адгезионная способность дисульфида молибде­ на и графита. Напротив, частицы бора, также являясь слоистыми, плохо сцепляются с поверхностью инстру­ мента. Поэтому этот вид СОЖ (среда № 10 — порошок нитрита бора в составе масляной суспензии) показал малую стойкость как при обычном, так и при вибраци­

пензии порошка сплава Вуда (среда № 1|). при ра­ боте с СОЖ № 4 переход от обычного сверления к вибрационному приводит к увеличению стойкости сверл в 2 раза и более, в то время как при работе со сре­ дой № 11 изменение режима практически не вызывает изменения стойкости, хотя абсолютное значение стой­ кости довольно высокое. Эти результаты можно объяс­ нить различиями в механизме их действия. Молибденнтовая суспензия обладает высокими смазочными свой­ ствами, которые и проявляются в первую очередь при резании с вибрациями. Суспензия порошка сплава Вуда, по-видимому, имеет более высокие охлаждающие свой­ ства. Кроме того, сплав Вуда, обладающий низкой тем­ пературой плавления (~ 60°С ), в жидком состоянии вы­ зывает интенсивное снижение поверхностей энергии твер­ дых тел, приводит к уменьшению их прочности и пла­ стичности и улучшению процесса безвибрационного резания.

Переход к вибрационному резанию для ряда СОЖ либо не влияет на стойкость сверл нли даже несколько снижает ее (например, среда № 5 — для ЭИ481, № II— для ЭИ654, / —7,5 мм — см. рис. 57), несмотря на вы­ сокую эффективность при обычном резании. Составы № 5 и 11 являются суспензиями порошков легкоплав­ ких сплавов в минеральном масле; очевидно, примене­ ние в качестве активных сред металлических сплавов не приводит к образованию заметных защитных пленок на рабочих гранях инструментов. Их высокая эффектив­ ность обусловлена воздействием на прочностные харак­ теристики обрабатываемого и инструментального ма­ териала; оно заметно не изменяется при переходе от обычного резания к вибрационному.

Из рис. 57 видно, что СОЖ, обладающие преиму­ щественно охлаждающими свойствами приводят к низ­ кой стойкости инструмента; к таким видам СОЖ отно­ сится прежде всего 10%-ная эмульсия (среда № 7). Отсюда можно сделать вывод, что преимущественное влияние при сверлении нержавеющих и жаропрочных материалов имеет снижение мощности теплового источ­ ника не за счет интенсификации теплоотбора, а путем формирования смазочных пленок.

Данные рис. 58 показывают, что переход к сверле­ нию с вибрациями приводит к снижению средних крутя­ щих моментов Мкр осевой составляющей силы реза­ ния Р0, Надо отметить, однако, что большие значе­ ния Р0 получены при резании с СОЖ, обладающими

повышенными смазочными свойствами (№ 4, 1, 2); по­ следовательность расположения СОЖ по Мкр и Р0 не

совпадает с последовательностью их при стойкостных испытаниях. Это объясняется сложностью и многооб­ разием факторов, влияющих на процесс стружкообразования и износ инструментов. Так, эффективное охлаж­ дающее действие приводит, с одной стороны, к росту силы резания вследствие снижения интенсивности раз­ упрочнения обрабатываемого материала, а с другой — снижает износ вследствие уменьшения интенсивности тепловых процессов.

Температура в зоне резания при обработке без СОЖ достигает 500° и более и незначительно снижается за счет вибраций. Применение СОЖ ведет к значительно­ му снижению температур — на 150—230° С при обычном

сверлении и на 160—300° С при вибрационном. Столь высокая эффективность СОЖ объясняется специфиче­ ской особенностью операции сверления нержавеющих

ижаропрочных материалов, когда решающее значение

вэнергетическом балансе процесса резания занимает работа трения. Следует отметить почти полное совпаде­

ние эффективности действия различных СОЖ на умень­

внутреннему каналу в сверле. Однако в настоящее вре­ мя не представляется возможным изготовлять сверла диаметром менее 2 мм с внутренним каналом. Таким

образом, для повышения стойкости сверл при вибраци­ онном сверлении малых отверстий нужно либо повысить температуру кипения СОЖ, что ведет, как правило, к увеличению вязкости и снижению охлаждающей спо­ собности, либо применять СОЖ, создающие на режу­ щих гранях смазочные пленки, не разрушающиеся дли­ тельное время при высоких температуре и давлении. Из