CC BY
17Решетневскуе чтения. 2013
УДК 621.923.9
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗАНИЯ ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ
Л. П. Сысоева, А. С. Сысоев, Ю. В. Метелкин, С. И. Савин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]
Обоснована целесообразность использования поверхностно-активных веществ в многокомпонентных системах. Описаны механизмы повышения эффективности абразивно-экструзионной обработки путем использования в составе рабочей среды поверхностно-активных веществ. Проведены исследования по выбору вида поверхностно-активных веществ и их концентрации в рабочей среде.
Ключевые слова: абразивно-экструзионная обработка, рабочая среда, адгезионное взаимодействие, поверхностное натяжение, поверхностно-активное вещество.
THE INFLUENCE OF SURFACE-ACTIVE AGENTS ON THE CUTTING EFFICIENCY AT THE ABRASIVE FLOW MACHINING PROCESS
L. P. Sysoeva, A. S. Sysoev, Iu. V. Metelkin, S. I. Savin
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: sysoeva. [email protected]
The expediency of the use of surface-active agents in multi-component systems is proved. The mechanisms of increase of the abrasive flow machining process efficiency by the use of surface-active agents as a component of a working medium are described. The researches for the choice of a surface-active agent kind and its concentration in a working medium are carried out.
Keywords: abrasive flow machining process, working medium, adhesion interaction, surface tension, surface-active agent.
Эффективность абразивно-экструзионной обработки (АЭО) зависит от характера взаимодействия на границе раздела фаз в трибологической системе «металл - полимер - абразив».
При различном соотношении величин адгезионных и когезионных связей компонентов во фрикционной системе возникают различные виды трения: внешнее, когда силы адгезионного взаимодействия ничтожно малы по сравнению с когезионной прочностью материала; внутреннее трение в материале при превышении адгезионных сил над силами межмолекулярного взаимодействия внутри фазы; смешанное трение (трение с проскальзыванием), когда прочность адгезионной связи сравнима с когезионной прочностью одного из компонентов системы [1].
Согласно теории молекулярного (адгезионного) взаимодействия, внешнее трение осуществляется на отдельных пятнах контакта, возникающих в результате деформаций неровностей (внедрение или смятие) [2]. Образование адгезионного шва имеет место всегда, когда на поверхности твердого тела есть избыточная энергия (поверхностное натяжение). При относительном сдвиге тел происходит разрушение адгезионных «мостиков», возникающих на границе раздела фаз, что требует приложения напряжения, превышающего силу когезионного взаимодействия внутри фаз.
В зависимости от характера разрушения возникающей адгезионной связи различают адгезионное разрушение (положительный градиент), происходящее по месту образования связи, и когезионное разрушение
(отрицательный градиент) на некоторой глубине. Согласно закону градиента сдвигового сопротивления [2], для обеспечения внешнего трения необходимо наличие на поверхности твердого тела ослабленного слоя, локализующего деформацию сдвига, т. е. образовавшаяся фрикционная связь должна быть тем менее прочна, чем глубже лежащие слои. Следовательно, для облегчения перехода от внутреннего трения к внешнему необходимо препятствовать образованию адгезионного шва путем снижения поверхностного натяжения в зоне контакта, для чего предложено ввести в состав РС поверхностно-активные вещества (ПАВ) в качестве модификатора, такие как керосин, сульфофрезол, нитрит натрия, калиевое мыло, триэтаноламин и т. д.
Эффективность использования ПАВ зависит от их концентрации в РС до достижения определенного предела растворимости (так называемой критической концентрации) или предельной адсорбции. Известно, что при увеличении концентрации ПАВ адсорбция возрастает сначала резко, потом все медленнее, асимптотически приближаясь к предельной адсорбции, когда вся поверхность РС оказывается полностью занятой молекулами ПАВ, и дальнейшее увеличение концентрации ПАВ в РС не может ничего изменить в ее поверхностном слое [3]. Следовательно, именно определение концентрации ПАВ, соответствующей его предельной адсорбции на поверхности РС, необходимо для подбора оптимального процентного содержания ПАВ.
В лаборатории экструзионного шлифования (СибГАУ) было проведено исследование по выбору
Технология и мехатроника в машиностроении
ПАВ и определению влияния его концентрации на эффективность обработки. Эксперименты выполнены на установке МР-1, позволяющей моделировать процесс резания единичным абразивным зерном при АЭО [4]. Установка позволяет варьировать углы конического индентора, имитирующего микровыступы зерна, и силы резания в диапазоне, соответствующем диапазону рабочего давления при АЭО.
1 2 Э -4 й
|]|>иисапЦ1>р 1'и.№|пк;и111Ц ПЛВ.
-о-1 -а-2 -ас-3 ——4 -^е-Б
Рис. 1. Зависимость глубины царапины h индентором с углом 60° от процентного содержания в РС ПАВ: 1 - чистый нитролигнин; 2 - керосин; 3 - триэтаноламин; 4 - калиевое мыло; 5 - нитрит натрия; 6 - сульфофрезол
и -I----
1 2 3 4 5
П рОЦБНТЧ € С Д= [К 3 НИ = ПДВС,*
-0-1 -О-2 -Д-З -Ш- 4 —»— 5
Рис. 2. Зависимость глубины царапины h индентором с углом 90° от процентного содержания в РС ПАВ: 1 - чистый нитролигнин; 2 - керосин; 3 - триэтаноламин; 4 - калиевое мыло; 5 - нитрит натрия; 6 - сульфофрезол
В результате экспериментов было установлено, что наиболее заметное влияние из исследуемых веществ на глубину резания оказывает нитрит натрия (рис. 1).
При этом эффективность резания возрастает с увеличением процентного содержания ПАВ до концентрации 5 % (рис. 2).
Дальнейшее увеличение концентрации ПАВ в РС, превышающее его предельную адсорбцию, приводит к заметному изменению реологических свойств готовой РС. Поэтому для повышения эффективности аб-разивно-экструзионной обработки в состав рабочей среды рекомендовано добавлять ПАВ (5 % нитрита натрия).
Библиографические ссылки
1. Трояновская Г. И., Зеленская М. Н. Определение порога внешнего трения при контактировании полимера и металла // Теория трения, износа и смазки : тез. докл. Всесоюз. науч. конф. Ч. I. Теория трения и износа. Ташкент, 1975. С. 41-42.
2. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комба-лов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М. : Машиностроение, 1977. 526 с.
3. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы : учебник для вузов. М. : Химия, 1988. 464 с.
4. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
References
1. Trojanovskaja G. I., Zelenskaja M. N. Opredelenie poroga vneshnego trenija pri kontaktirovanii polimera i metalla // Teorija trenija, iznosa i smazki, vol. I. Teorija trenija i iznosa. Tashkent, 1975, рр. 41-42.
2. Kragel'skij I. V., Dobychin M. N., Kombalov V. S. Osnovy raschetov na trenie i iznos. M. : Mashinostroenie, 1977. 526 р.
3. Frolov Ju. G. Kurs kolloidnoj himii. Poverhnostnye javlenija i dispersnye sistemy. M. : Himija, 1988. 464 р.
4. Sysoev S. K., Sysoev A. S. Jekstruzionnoe honingovanie detalej letatel'nyh apparatov: teorija, issledovanija, praktika (Extrud honung of aircraft details: the theory, research, practice). Krasnojarsk, 2005. 220 p.
© Сысоева Л. П., Сысоев А. С., Метелкин Ю. В., Савин С. И., 2013
УДК 621.6.09:534.01
ОПТИМИЗАЦИЯ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ТОЧЕНИИ ЗАГОТОВОК ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Д. А. Тоцкий, Д. В. Чураков, Д. В. Латюк, Ю. А. Филиппов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. Е-шаП: [email protected]
Изложены режимы точения конструкционной стали после нормализации с целью оптимизации мощности резания и повышения технологической загрузки станка, освоения прогрессивных режимов формообразования контура детали.
Ключевые слова: точение, сталь, мощность резания, глубина резания, подача.
