Резание металла без применения СОЖ

В современном машиностроении повышение эффективности процессов обработки неразрывно связано с использованием эффективных смазочно-охлаждающих технологических жидкостей (СОЖ).

Применяются СОЖ на масляных и водоэмульсионных основах с различными присадками поверхностно-активных веществ, использование которых положительно влияет на производительность обработки деталей и качество их поверхностного слоя.

В настоящее время в мировой практике расходуется довольно большое количество различных типов СОЖ. Вместе с тем, применение СОЖ требует использования специальных очистных сооружений, необходимых для их утилизации, организацию их приготовления, транспортировки, регенерации, а также необходимость обезжиривания стружки и обработанных поверхностей, что существенно влияет на стоимостные показатели производственных процессов изготовления деталей.

При этом следует указать на одно из важных обстоятельств применения СОЖ, особенно на масляной основе, — их влияние чрезвычайно вредно для здоровья человека в результате попадания СОЖ в зону резания, воздушная среда, окружающая ее, загрязняется химическими веществами типа масляных аэрозолей, что негативно влияет н а здоровье человека, вызывая различные заболевания (см. табл .1 ).

 

Влияние компонентов СОЖ на здоровье человека

Компоненты СОЖ	Типы эффектов
CCl2-CH, Cl, MePo4 (хлориды, фосфаты и др)	Наркотические эффекты, депрессия нервной системы, раздражение глаз и частичная или полная потеря зрения
MeNO2 в комбинации с NH (CH2 CH2 OH)2	Различные кожные заболевания типа дерматитов, угревая сыпь, аллергия
Аэрозоли гидрокарбонатов масел	Липоидная пневмония, астма

 

В связи с этим во многих индустриально развитых странах за последние годы ужесточаются экологические требования по применению СОЖ в металлообработке, уделяется большое внимание экологической безвредной технологии производства.

Решение экологических проблем современного производства идет по пути применения экологически чистых производственных технологий, снижающих уровень шумового, теплового, светового и других воздействий технологического процесса на окружающую среду. За последние годы проводятся исследования по замене традиционных СОЖ на масляной и водоэмульсионных основах применяемых при металлообработке на более чистые технологии с использованием СОЖ, минимизирующих вредное воздействие на окружающую среду. Результатами проведенных исследований являются модификации СОЖ, содержащих нетоксичные элементы, применение твердых смазок на органической основе, создание систем, минимизирующих количество СОЖ, подаваемых в зону резания, процессы с полным отказом от применения СОЖ, представляющие собой пример сухого резания, а также использующие комбинированные методы воздействия на зону резания, обеспечивая эффекты охлаждения зоны резания и уменьшения трения в зоне контакта обрабатываемого материала и инструмента.

Одной из разновидностей примера использования сухого резания взамен традиционных СОЖ являются экологически чистые электронно-ионные технологии, основанные на подаче в зону резания ионизированного и озонированного воздуха.

Физико-химический механизм действия ионизированных газовых сред (ИГС) обусловлен изменением условий взаимодействия контактных поверхностей режущего инструмента с обрабатываемым материалом, что проявляется в снижен и изнашивания режущих поверхностей инструмента. В процессе резания активные в химическом отношении поверхности инструмента и стружки вступают в химическую реакцию с компонентами ИГС, в результате чего образуются защитные пленки, которые экранируют адгезию между поверхностями обрабатываемого и инструментального материалов.

Защитные свойства образуемых пленок обнаруживаются в тех случаях, когда они выдерживают удельные нагрузки, не разрушаются и блокируют адrезионные связи.

Как известно, газовая атмосфера наиболее благоприятна с точки зрения ускорения химических реакций и образования защитных пленок. Более активная, по сравнению с СОЖ, проникающая способность газовой среды приводит к облегчению пластического деформирования в зоне основных пластических деформаций и дискретного контакта обрабатываемого и инструментального материалов, что, в свою очередь, и обуславливает уменьшение внутренних напряжений в обработанном поверхностном слое.

Наблюдается снижение сил резания Рх, Ру, Рz на 10-30 %, при этом традиционное их соотношение сохраняется. Наряду со снижением сил резания , снижается степень деформации, выраженная коэффициентом усадки стружки, и, как следствие, шероховатость обработанной поверхности в пределах 15-30 %. Так же отмечается, повышение стойкости инструмента в 2-2,5 раза по сравнению с применением СОЖ в виде эмульсии и работой всухую.

Рис. 1. Схема подачи ионизированной газовой среды в зону резания

1-заготовка; 2-режущий инструмент; 3-плазмотрон-сопло;4-система питания плазмотрона;
5-регулятор давления газовой среды;
6-компрессор

Как показали проведенные наблюдения, использование ИГС оказывает существенное влияние не только на процесс изнашивания инструмента, но и на процесс стружкообразования, изменяя тип стружки от
сливной к стружке скалывания или элементной. Это весьма благоприятно сказывается на отводе стружки из зоны резания, что особенно важно для работы инструмента в автоматизированном производстве.

Таким образом, результаты проведенных исследований показывают, что использование ИГС, заключающееся в подаче в зону резания воздуха, ионизированного и озонированного коронным разрядом, является весьма перспективным в решении задач повышения эффективности работы инструмента, замены вредных СОЖ и создания экологически чистых производств в металлообработке.