CC BY
94
УДК 621.91.10
УЛУЧШЕНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА ПРИМЕНЕНИЕМ СМАЗЫВАЮЩЕ-ОХЛАЖДАЮ-
ЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
В.И. Мощенок, профессор, к.т.н., Н.А. Лалазарова, доцент, к.т.н., Е.А. Нестеренко, ассистент, ХНАДУ, Л.И. Путятина, доцент, к.т.н., УркГАЖТ
Аннотация. Показано, что эффективным методом улучшения обрабатываемости высокопрочного чугуна с шаровидным графитом является применение полимерсодержащих смазывающе-охлаждающих жидкостей.
Ключевые слова: высокопрочный чугун с шаровидным графитом, обрабатываемость, смазывающе-охлаждающая жидкость.
Введение
В качестве материала деталей двигателей автомобилей, тракторов, комбайнов всё более широкое применение находит высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧТТТГ), который сочетает технологичность серого чугуна с комплексом свойств более высоких, чем у ковкого чугуна и в ряде случаев даже литой и кованой стали [1]. Однако процесс более широкого внедрения ВЧТТТГ сдерживается невысоким уровнем его обрабатываемости.
Анализ публикаций
Высокопрочные чугуны отличаются значительной прочностью и твёрдостью, неоднородностью структуры, что и приводит к снижению обрабатываемости. Обработка чугуна характеризуется повышенным тепловыделением. Графит рассматривают как донор свободного и высокоактивного углерода. При взаимодействии углерода с кислородом протекают экзотермические реакции с выделением большого количества тепла.
Очень эффективным и наиболее экономичным методом повышения обрабатываемости является применение смазывающе-охлаждающих жидкостей [2]. Основные функциональные свойства СОЖ: смазывающее, диспергирующее, охлаждающее и моющее [2].
Применение смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ) с целью интенсификации механообработки деталей из ВЧТТТГ пока не нашло широкого применения. Наибольшее снижение осевой силы резания, момента сверления и повышение стойкости инструмента при сверлении обеспечивает СОЖ Укринол-1, а при нарезании резьбы - ОСМ-3.
Однако исследованиями не охвачена значительная группа жидкостей с более высоким уровнем функциональных свойств. Это поли-мерсодержащие многофункциональные жидкости, использование которых при обработке деталей из ВЧТТТГ является перспективным.
Цель и постановка задачи
Целью работы является исследование влияния полимерсодержащих СОЖ на обрабатываемость ВЧТТТГ Для достижения цели необходимо исследовать влияние СОЖ на физические характеристики процесса резания, на его скорость.
Материал и методики исследования
Для проведения исследований был выбран высокопрочный чугун следующего химического состава: 3,3 - 3,8 % С; 2,4 - 3,2 % Si; С+1/3 Si = 4,25 - 4,35 %; 0,004 - 0,007 % S; 0,5 - 0,9 % Мп; 0,045 - 0,008 % Р; 0,05 - 0,1 % Сг; 0,1 - 0,15 % №; 0,04- 0,09 % Мg. Этот чу-
гун широко применяется в промышленности. Для его получения не требуется дефицитных легирующих добавок и модификаторов.
Исходный чугун характеризуется развитой ликвацией всех химических элементов, входящих в его состав. Литой чугун неоднороден и по структуре и по распределению химических элементов. Феррит сосредоточен в основном в околографитной зоне. Благодаря такой неоднородной структуре в литом состоянии ВЧШГ обладает недостаточно высокими показателями прочности, ударной вязкости, износостойкости. Для повышения уровня свойств применяется термическая обработка.
Исследования проводились на образцах чугуна в литом состоянии (образец №1, 210-220 НВ) и после закалки с низким отпуском (№2, 470-480 НВ).
Повышение эффективности обработки ВЧШГ применением СОЖ
Механизм действия полимерсодержащих сред основан на эффекте Ребиндера. Полимерсодержащая среда, например, марки МХО-69 облегчает пластическую деформацию (рис. 1) и разрушение чугуна, что способствует уменьшению всех составляющих сил резания (рис. 2).
зоны резания.
Рг, Н
400
300
200
100
2
/
л / 1
0 0,07
0,14 0.21 э
об
Рис. 2. Влияние СОЖ на силу резания: а -без СОЖ; б - с МХО-69; резец - ВК8
Контактные процессы в зоне резания наиболее полно характеризует коэффициент трения. При обработке с СОЖ МХО-69 наблюдается его значительное снижение (рис. 3).
Рис. 1. Влияние СОЖ на усадку стружки: а -обработка без СОЖ; б - с МХО-69; резец - ВК8
Рис. 3. Влияние СОЖ на коэффициент трения: а - без СОЖ; б - с МХО-69, инструмент - ВК8
Наличие полимерсодержащей среды приводит также к изменению характера струж-кообразования. Так как пластическая деформация при отделении стружки в среде МХО-69 концентрируется в более тонком по-верх-ностном слое, по сравнению с обработкой без СОЖ, и имеет меньшие значения, то это способствует диспергированию стружки, что улучшает условия её удаления из
СОЖ заполняет все углубления между неровностями на передней грани резца, образуя гладкую поверхность, представляющую собой гидравлическую опору для сходящей стружки. Жидкость является граничным слоем между контактной поверхностью стружки и передней гранью резца. Сила сопротивления перемещению стружки по резцу при смазке определяется не только
свойствами контактной поверхности стружки, а ещё и свойствами смазывающего вещества (трение при смазке в процессе резания представляет собой по существу полужидкостное трение). Процесс трения на передней грани резца можно рассматривать как непрерывный процесс пластической деформации металла в зоне трения, а силу трения считать сопротивлением сдвигу, величина которого определяется свойствами деформируемого металла в этой зоне и площадью контакта стружки с резцом.
Введение в зону резания полимерсо-держа-щей СОЖ приводит к уменьшению силы резания, степени пластической деформации металла в зоне сдвига (уменьшению усадки стружки), площади контакта стружки с передней гранью резца. Изменение этих факторов приводит к увеличению нормальных удельных давлений на передней поверхности. Если представить коэффициент трения как отношение касательного и нормального напряжений, то увеличение нормального удельного давления неизменно ведёт к уменьшению коэффициента трения, а значит и к снижению температуры резания.
Исследования передней поверхности резца из твёрдого сплава ВК8 после точения чугуна в среде МХО-69 не выявили наличия застойной зоны на резце. Наличие смазки между контактной поверхностью стружки и передней гранью резца устраняет полностью или частично влияние сил адгезии, т.е. процессы наростообразования.
Применение СОЖ позволило повысить обрабатываемость высокопрочного чугуна, например, скорость резания, в 1,4 раза.
Применение полимерсодержащей СОЖ влияет на все характеристики процесса резания. Применение полимерсодержащей жидкости так же приводит к изменению па-ра-метров шероховатости. Это связано с уменьшением уровня значений сил резания, температуры и коэффициента трения. Особенно наглядно это проявляется при обработке чу-гунов твёрдыми сплавами (рис. 4).
Ra, мкм
4,0
3,0
2,0
1.0
0,5 1 1,5 2 2,5 3 V, м/с
Рис. 4. Влияние СОЖ на качество обработанной поверхности чугуна при обработке ВК6ОМ: а - без СОЖ; б - с МХО-69
Выводы
Высокопрочные чугуны отличаются значительной прочностью и твёрдостью, неоднородностью структуры, что приводит к снижению обрабатываемости.
Введение в зону резания полимер-содержа-щей СОЖ приводит к уменьшению силы резания, степени пластической деформации металла в зоне сдвига (уменьшению усадки стружки), коэффициента трения, температуры резания.
Применение полимерсодержащей жидкости также приводит к снижению шероховатости.
Литература
1. Солнцев Л.А., Зайденберг А.М., Малый А.Ф.
Получение чугунов повышенной прочности. - Х.: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1986. - 152 с.
2. Устрехова О.А. Активизация процессов меха-
нической обработки металлов в результате действия полимерсодержащих сред: Дис... канд. техн. наук. - Львов, 1981. - 127 с.
Рецензент: А.И. Пятак, профессор, д. ф.-м. н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 15 января 2008 г.
