Смазочно охлаждающие жидкости сож и способы ее подачи в зону резания реферат

Обновлено: 05.07.2024

1 Смазочно-охлаждающие жидкости Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) – сложные многокомпонентные системы, предназначенные в основном для смазки и охлаждения металлообрабатывающих инструментов и деталей, что способствует снижению износа инструментов и повышению точности обработанных деталей. В процессе обработки материалов СОЖ выполняют, кроме того, ряд других функций: вымывают абразивную пыль и стружку, защищают

обработанные детали, инструмент и оборудование от коррозии, улучшают санитарно-гигиенические условия работы. Кроме того, смазочно-охлаждающие жидкости (антифризы) применяются для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, радиоэлектронной аппаратуры, промышленных теплообменников и других установок (в том числе систем отопления), работающих при температурах ниже 0°С. Основные требования к антифризам: низкая температура

замерзания, высокие теплоёмкость и теплопроводность, небольшая вязкость при низких температурах, малая вспениваемость, высокие температуры воспламенения. Кроме того, антифризы не должны вызывать разрушения конструкционных материалов, из которых изготовлены детали систем охлаждения. В зависимости от состава различают три основные группы СОЖ, используемых в металлообработке: 1. Чистые минеральные масла и (или) масла с

противоизносными и противозадирными присадками жиров, органических соединений серы, хлора, фосфор. К ним добавляют также антикоррозионные, антиокислительные и антипенные присадки в количестве 5-50%. 2. Водные эмульсии минеральных масел, которые получают на месте потребления разбавлением водой эмульсолов, состоящих из 40-80% минерального масла и 20-60% эмульгаторов, связующих веществ, ингибиторов коррозии, антивспенивателей,

бактерицидов. 3. Водные растворы поверхностно-активных веществ и низкомолекулярных полимеров, которые, аналогично эмульсолам, получают из концентратов, содержащих 40-60% поверхностно-активных веществ, полимеров, ингибиторов коррозии, антивспенивателей, бактерицидов и 40-60% воды. Концентрация рабочих эмульсий и растворов зависит от условий применения и обычно составляет 2-10%. Смазочно-охлаждающие жидкости получают

Улучшение обрабатываемости материалов при использовании смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС) процессе резания является следствием их физико-химического воздействия на материалы. Ко всем видам СОТС предъявляют следующие требования:

Содержимое работы - 1 файл

СМАЗОЧНО.docx

Улучшение обрабатываемости материалов при использовании смазочно- охлаждающих технологических сред (СОТС) процессе резания является следствием их физико-химического воздействия на материалы. Ко всем видам СОТС предъявляют следующие требования:

отсутствие отрицательного влияния на эксплуатационные характеристики деталей и прежде всего на коррозионную стойкость и прочность при ударных, знакопеременных и статических нагрузках;

устойчивость при эксплуатации и хранении;

невоспламеняемость при температурах, характерны для процесса резанья;

отсутствие запаха и вредоносного воздействия на слизистые оболочки и кожный покров работающих.

Существует четыре вида СОТС: твердые, пластичные, жидкие, и газообразные.

В качестве твердых смазочных материалов (ТСМ)используют различные твердые вещества:

неорганические материалы (тальк, графит, бура.

твердые органические соединения (мыло, воск, жиры)

металлические пленочные покрытия (медь, латунь, олово, цинк);

лед и пришедшие при низких температурах в твердое состояние жидкости и газы.

Пластичные смазочные материалы (ПСМ)-это густые мазеобразные продукты, занимающие по консистенции промежуточное положение между твердыми и жидкими материалами. Их основным свойством является упруговязкопластичный характер деформирования под нагрузкой.

Жидкие смазочно-охлаждающие материалы, называемые СОЖ, -самые распространенные технологические среды, обладающие(в отличие от твердых и пластичных смазывающих веществ) охлаждающей, проникающей и моющей способностью.

В соответствие с физико-химическими особенностями СОЖ их подразделяют на водные (водосмешиваемые), масляные и специальные (основная фраза - животные и растительные масла), синтетические масла, органические жидкости и расплавы металлов.

Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при

токарной обработке наружных поверхностей

Выбор СОЖ от вида обработки (черновая и чистовая), обрабатываемого материала (стали, чугун, цветные металлы) требований к качеству обработки поверхности, вида обработки (точение, сверление, развертывание, резьбонарезание). Смазочно-охлаждающие жидкости снижают интенсивность силовых и тепловых нагрузок на режущий инструмент и обрабатываемую заготовку, позволяют удалять из зоны резанья стружку и продукты износа, благоприятно воздействуют на процесс резанья металлов: значительно уменьшают износ инструмента, наростообразование, повышает качество обработки поверхности, снижает затраты электроэнергии на резание. Наиболее эффективно применение СОЖ при обработки пластичных и вязких материалов; наименьший эффект дает применение СОЖ при обработке заготовок из чугуна и других хрупких материалов.

Некоторые виды СОЖ имеют только охлаждающие свойства или только смазывающие.К СОЖ с охлаждающими свойствами относятся водные растворы соды или масла, водные эмульсии, обладающие большей теплопроводностью. Водные эмульсии применяют при обдирочных работах, когда к шероховатости обработанной поверхности не предъявляют высоких требований. К СОЖ, обладающим смазывающими свойствами, относится минеральные масла (сульфофрезолы), применяемые на чистых и отделочных операциях.

В зону резанья СОЖ может подаваться тремя способами: свободной струей - через систему шлангов в в направляющее сопло непосредственно на стружку; высоконапорной струей - через сопло диаметром 0,2. 0,4 мм под давлением 2. 2,4 МПа со стороны задней поверхности резца; при помощи специальной установки в виде воздушно-жидкостных туманов (аэрозолей) со стороны задней поверхности резца.

жидкостей в отделочных операциях

При полировании заготовок из стали, чугуна, алюминия и медных сплавов используют полированные пласты или абразивные зерна, смешанные со смазочным материалом. Смазочный состоит из смеси воска, сала, парафина и керосина.

При притирке (доводке) заготовок из стали и твердых сплавов в качестве СОЖ применяют керосин, машинные масла, содовую воду. При особо точной притирке шаржирующимися абразивами СОТС служит бензин.

Обкатывание и раскатывание поверхностей заготовки роликами выполняют при обильном смазывании масляными СОЖ с целью уменьшения их износа.

Хонингование осуществляют при обязательном применении охлаждения: керосин, смесь керосина (80. 90№) и веретенного масла (20. 10№), водно-мыльные эмульсии, масляная СОЖ ОСМ-3, которая обеспечивает получение высоты микронеровностей Ra 0,32 мкм.

При суперфинишировании в качестве СОЖ применяют смесь керосина с веретенным и турбинным маслами.


Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) — обобщённое наименование разнообразных жидких составов, используемых главным образом при обработке металлов резанием или давлением . Наиболее распространенные СОЖ — нефтяные масла (обычно с противоизносными и противозадирными присадками ) и их 3-10% водные эмульсии . Часто в отношении СОЖ применяют более корректный технический термин жидкое смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС).


  1. индустриальные масла и другие нефтяные фракции с присадками

  2. эмульсолы, образующие в воде грубодисперсные эмульсии нефтепродуктов с присадками

  3. синтетические органические соединения или полусинтетические смеси, позволяющие получать стабильные микроэмульсии или прозрачные растворы.

  4. быстроиспаряющиеся низкокипящие жидкие смеси, в основном галогенпроизводные углеводородов с добавками.

В самом термине заложены основные назначения использования СОЖ — охлаждать и смазывать. Современные технологии обработки материалов, оборудование высокой мощности позволяют проводить интенсивные процессы резания, выдавливания, прокатки, штамповки, сверления, шлифования и другие. Подводимая высокая мощность, высокие статические и динамические нагрузки вызывают разогрев деформируемых материалов, что может приводить к снижению качества обработки, к порче инструмента, оснастки и оборудования. Использование СОЖ позволяет снижать температуру в зоне обработки до приемлемой за счёт теплообмена и, достаточно часто, за счёт парообразования. Наличие у СОЖ смазывающих свойств снижает трение в зоне обработки, фрикционный износ инструмента, значительно снижает вероятность задира и повреждения поверхностей обрабатываемых деталей и инструмента. В общем случае использование СОЖ позволяет увеличить интенсивность технологических процессов, производительность труда и оборудования, повысить качество продукции. Современные СОЖ могут представлять сложные физико-химические системы, содержать добавки и присадки различного назначения: антикоррозионные , противоизносные, противозадирные, биоцидные и другие.

Способы подвода СОЖ в зону резания.


  1. Полив свободно падающей струей является старым, универсальным и достаточно надежным способом подачи СОЖ в зону резания (рис. 44, а). При охлаждении свободно падающей струей жидкость следует подводить непрерывной струей, начиная с момента врезания, а струю направлять в то место, где отделяется стружка. Это позволяет отводить наибольшее количество тепла. Скорость падения струи 60-80 м/мин, а расход жидкости зависит от вида обработки.

а – свободно падающей струей; б – по внутренним каналам инструмента;


  1. При охлаждении по внутренним каналам инструмента (рис. 44, б) достигается большой эффект по повышению стойкости. Так, при обработке высокопрочных сталей удается увеличить скорость резания на 25-40%. Стойкость сверл с внутренним подводом СОЖ повышается в 3-10 раз по сравнению с обычными.

  1. При использовании напорно-струйного охлаждения СОЖ направляется под давлением 1,5-2 МПа к режущей кромке резца со стороны его задней поверхности (рис. 44, в). Расстояние от отверстия до режущей кромки должно быть как можно меньше, чтобы уменьшить рассеивание струи. Вследствие давления частицы жидкости интенсивнее проникают в микротрещины и зазоры зоны контакта.

Охлаждение распыленной жидкостью. При этом способе охлаждения СОЖ с помощью сжатого воздуха распыляется и в виде тумана с большой скоростью (до 300 м/с) подается в зону резания. Расход жидкости очень мал, а стойкость инструмента повышается в 2-4 раза по сравнению с охлаждением свободно падающей струей. Кроме того, не требуется точное направление струи на зону обработки. Распыленная жидкость представляет собой прозрачную смесь мельчайших капелек жидкости с воздухом. Распыленная жидкость оказывает повышенное смазочное и охлаждающее действие.

Механизм действия распыленной СОЖ следующий. На выходе из сопла смесь жидкости и воздуха расширяется, следовательно, температура ее снижается. Распыленные частицы жидкости, попадая на разогретую поверхность металла, легко испаряются, интенсивно поглощая дополнительное тепло. Распыленная жидкость, имея меньшую вязкость, легче проникает в микротрещины. Охлаждающий и смазочный эффект увеличивается. Недостатком этого способа является слишком громкий свист истекающей струи воздуха.

Смазочно-охлаждающие технологические среды (СОТС), применяемые при обработке резанием, подразделяются на жидкие, пластичные, газообразные и твёрдые. Жидкие СОТС принято называть СОЖ (смазочно-охлаждающие жидкости) — этот способ охлаждения зоны резания используют чаще других.

Применение СОЖ позволяет:

значительно снизить износ режущего инструмента;

улучшить качество обрабатываемой поверхности;

повысить производительность обработки.

Смазочно-охлаждающие жидкости: назначение и виды

Соотношение между смазывающими и охлаждающими свойствами СОЖ подбирают в зависимости от материала обрабатываемых заготовок и характера протекания процесса резания. Снижение трения определяется в первую очередь смазывающими свойствами масла, а эффективность охлаждения — количеством воды, образующим с маслом эмульсию или раствор.

Наибольшее применение находят следующие виды жидкостей:

масляные СОЖ на основе синтетических / полусинтетических / минеральных масел с добавлением присадок;

эмульсолы, представляющие собой смеси минеральных масел, эмульгаторов, противоизносных, противозадирных и других присадок;

синтетические СОЖ, получаемые на базе водорастворимых полимеров;

полужидкие и пластичные композиции.

Разнообразие материалов и инструментов обусловливает различные требования к СОЖ. Например, для обработки низколегированной стали, склонной к налипанию на токарный резец (в отличие от твердой хромоникелевой стали), используют охлаждающие жидкости с малым содержанием присадок.

В состав СОЖ в качестве компонентов и присадок входят органические соединения азота, серы, хлора и фосфора. При обработке в тяжёлых условиях (большие скорости, плохо обрабатываемый материал) следует добавлять присадки, растворимые в масле и содержащие хлор, фосфор и серу. Например, серу добавляют при больших нагрузках и средних скоростях (жидкость с серой непригодна при обработке меди, так как она вызывает почернение поверхности).

На практике от типа и качества применяемых СОТС зависят важнейшие производственные показатели. Правильно подобранная и качественная смазочно-охлаждающая жидкость значительно облегчает процесс резания и позволяет достичь:

более интенсивных режимов резания при неизменной стойкости инструмента (что благоприятно сказывается на времени обработки – машинном времени Тмаш);

увеличения стойкости инструмента при неизменных режимах резания.

Системы охлаждения

Система охлаждения станка в общем виде состоит из:

насоса (обычно центробежного);

направляющих и отводящих устройств.

Объём резервуара зависит от вида выполняемой операции. При обильном тепловыделении при резании (например, обдирочном, силовом шлифовании) количество подаваемой в единицу времени жидкости возрастает, поэтому резервуар должен быть больше.

Конструкция фильтров определяется требованиями к шероховатости обработанной поверхности. При необходимости помимо отстойника, магнитного сепаратора и других устройств грубой очистки на станках хонинговальных, полировальных, отделочного шлифования применяют центробежные, бумажные и другие устройства тонкой очистки.

На станках, работающих с применением СОЖ предусматривают защитные устройства, предотвращающие разбрызгивание жидкости из рабочей зоны и попадание её в механизмы.

Подача СОЖ в зону обработки может производиться следующими способами:

свободно падающей струёй;

напорной струёй через сопловые насадки;

в распылённом состоянии (струёй воздушно-жидкостной смеси).

Последний способ особенно успешно применяют в станках с ЧПУ при обработке быстрорежущими и твердосплавными инструментами металлов и сплавов точением, фрезерованием, сверлением, резьбонарезанием, развёртыванием, а также при обработке инструментами из сверхтвёрдых материалов.

Подачу СОЖ под давлением применяют с целью увеличить расход СОЖ через зону обработки и для вымывания стружки.

Условно, различают подачу СОЖ струёй под высоким давлением (не ниже 1,5 МПа) через сопла с выходными отверстиями диаметром до 0,8 мм и подачу СОЖ струёй под низким давлением (0,05–0,7 МПа) через сопла с отверстиями диаметром 2–5 мм. При подаче СОЖ струёй под высоким давлением требуется лучшая фильтрация и защита от разбрызгивания, чем при низком давлении. Эффективность применения СОЖ зависит от её расхода. Различные варианты подачи СОЖ показаны на рисунке.

Варианты подачи СОЖ в зону резания: а — охлаждение по кольцу; б — подача направляющей трубой; в — подача через оправку; г — подача через шпиндель и оправку; д — подача в виде тумана.

Струя воздушно-жидкостной смеси подаётся в зону фрезерования

Очистка СОЖ

Очистка СОЖ увеличивает её ресурс, повышает стойкость инструмента и улучшает качество обрабатываемой поверхности. Повышается также надёжность и работоспособность насосных агрегатов и узлов станка.

Применяют несколько способов очистки СОЖ:

с помощью фильтров;

гравитационный — с использованием отстойников;

центробежный — с применением гидроциклонов, центрифуг;

магнитный — с использованием сепараторов, патронов и других устройств.

Простейшими очистителями являются гравитационные баки-отстойники. Для повышения эффективности очистки в отстойниках используют магнитные патроны, которые притягивают мелкие металлические частицы и не позволяют им попасть в насосное оборудование. Следует отметить, что этот способ эффективен только для улавливания относительно крупных частиц, обладающих магнитными свойствами.

Также широко применяют магнитные сепараторы. Загрязнённая жидкость поступает в сепаратор, проходит между его корпусом и барабаном с магнитами, который вращается в направлении, обратном движению жидкости. Притянутые к барабану частицы снимаются с поверхности барабана скребком.

Магнитный сепаратор для очистки СОЖ от металлических включений

Для сепарации водных СОЖ применяют центробежные очистители (гидроциклоны), в которых разделение СОЖ и загрязнений происходит под действием центробежных сил.

Установка для центробежной очистки СОЖ

В процессе резания неизбежно происходит процесс преобразования механической энергии в тепло. При этом происходит нагрев заготовки, снимаемого материала и самого инструмента.

Выделяющееся при точении тепло распределяется сле­дующим образом:

уходит в стружку 50–80%;

в обрабатываемую деталь 3–9%;

в окружающую среду около 1%.

Распределение тепла между различными элементами в процессе токарной обработки

При затуплении инст­румента характер распределения тепла изменяется: резец и заготовка нагрева­ются сильнее. Как в струж­ке, так и в резце и в заготовке тепло распределяется неравномерно. В слоях стружки, расположенных ближе к пе­редней поверхности резца, температура выше, чем в слоях, удаленных от неё. Температура обрабатываемой заготовки понижается по мере уда­ления рассматриваемой точки от по­верхности резания, а наибольшая тем­пература находится в месте контакта резца с заготовкой. Температура инст­румента также различна в различных точках: самая высокая температура соответствует точке, лежащей в центре давления стружки на резец.

Давление СОЖ

Давление СОЖ играет очень важную роль в процессе обработки. Подавляющее большинство станков оснащаются базовой системой подачи СОЖ, которая позволяет обеспечить оптимальные температурные режимы при большинстве операций. Часто на станках имеется возможность установить систему подачи СОЖ с высоким давлением.



Для дробления стружки увеличение давления СОЖ выше 70 бар нецелесообразно

Система высокого давления

Система высокого давления СОЖ должна обладать следующими свойствами:

автоматически регулируемый объём экономит расход благодаря более длительному сроку службы насоса, большему сроку службы охлаждающей жидкости, уменьшенному напору и экономии энергии;

бак — это, прежде всего, дополнительный резервуар с охлаждающей жидкостью, который дает дополнительные преимущества агрегату. Помимо лучшего контроля температуры и пенообразования, он может иногда заменять агрегат охлаждения и снижать затраты на дополнительную энергию, обслуживание и т. д.

Наиболее распространённой для станочного оборудования является водосмешиваемая СОЖ. Возможность изменять концентрацию состава делает её применение гибким. Обычно водосмешиваемые СОЖ с концентрациями вплоть до 30% применяются без особых проблем. Однако они могут возникнуть при превышении критической концентрации (особенно в случае обычных эмульсий).

В жёсткой воде кальциевые мыла могут образовываться при гораздо меньшей концентрации, что способно привести к серьёзным нарушениям в ходе механической обработки. В значительной степени риск возникновения проблем зависит от конкретного состава СОЖ.

Нижний предел концентрации часто определяют по антикоррозионным свойствам. Следует иметь в виду, что концентрации менее 1,5% с трудом поддаются измерению в процессе работы. Как правило, для грубой механической обработки металла применяют СОЖ в концентрациях от 2 до 5%, чаще 4%. В особых случаях, например, при сверлении глубоких отверстий, зенковании или при проведении особо трудных механических операций возможно применение значительно более высоких концентраций. Централизованные циркуляционные системы, снабжающие несколько разных режущих операций СОЖ, часто нуждаются в компромиссном выборе концентраций. В таких случаях 4%-ная концентрация обеспечивает успешную обработку.

Концентрацию эмульсий часто определяют по DIN 51 368 (IP 137) путём измерения количества компонентов водосмешиваемых СОЖ кислотным расщеплением. В этом методе эмульсию расщепляют с помощью соляной кислоты в специальной измерительной колбе при температуре 95°С. Объём выделенной масляной фазы, умноженный на специфический для продукта поправочный коэффициент равен концентрации эмульсии. Поправочный коэффициент обратно пропорционален доле концентрата, которая может быть выделена в данных условиях. В случае обычных эмульсий (с содержанием минерального масла 60–70%) количество выделенной масляной фазы приблизительно соответствует концентрации. По мере снижения содержания минерального масла в водосмешиваемой СОЖ поправочный коэффициент увеличивается, а точность определения снижается.

Очень важно поддерживать концентрацию СОЖ в допустимых пределах, так как даже незначительное отклонение от нормы может снизить стойкость инструмента или вызвать коррозию элементов станка.

Корректно подобранные смазочно-охлаждающие технологические среды (СОТС) позволяют получить реальную финансовую экономию. Консультацию по подбору СОТС можно получить у специалистов Центра инженерно-технологической поддержки портала СТАНКОТЕКА.

Читайте также: