Эффективность металлообработки – комплексный показатель, учитывающий в том числе и влияние смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) на качество изделий при обработке резанием.


Современные СОТС – это неотъемлемая часть всего комплекса средств, обеспечивающих эффективную эксплуатацию металлорежущего оборудования. Для разных условий резания применяются определенные СОТС.

Требования к СОТС

СОЖ

Основной задачей СОТС является обеспечение надежной работы режущего инструмента и небходимого качества обрабатываемой поверхности.

Это позволяет уменьшить затраты на обслуживание и замену режущего инструмента, сократить количество брака и простоев станков и, как следствие, снизить стоимость металлообработки.

В зависимости от условий обработки СОТС должны обеспечивать смазывающее, охлаждающее, диспергирующее и/или моющее действие.


Так, например, при фрезеровании твердосплавными фрезами требуются средства, обладающие высокими смазочными свойствами в сочетании с низким охлаждающим воздействием. При нарезании резьбы и развертывании необходимы СОТС с хорошими моющими и смазочными характеристиками. В процессе токарной обработки титановых сплавов требуется охлаждающее действие, а при обработке их фрезерованием – смазывающее.


Следовательно, при создании или выборе СОТС необходимо знать, какое действие в данных условиях резания должна обеспечивать жидкость. Предъявляемые к смазочно-охлаждающим технологическим средствам требования выражаются в виде конкретных предельно допустимых норм показателей качества.

Назначение и классификация СОТС для обработки металлов резанием


СОТС предназначены для:

  • Смазывания поверхностей трения
  • Охлаждения режущего инструмента и обрабатываемых заготовок
  • Облегчения процесса деформирования металла
  • Своевременного удаления стружки и продуктов износа инструмента из зоны резания
  • Временной защиты изделий и оборудования от коррозии

По агрегатному состоянию СОТС делятся на 4 типа:

  • Газообразные
  • Жидкие
  • Пластичные
  • Твердые

Газообразные СОТС

В качестве СОТС этого типа применяют нейтральные (азот, аргон, гелий) и активные, кислородосодержащие (воздух, кислород, диоксид углерода), газы. Активные газы не только играют роль охладителя, но и защищают поверхность трущихся металлов от изнашивания, образуя на них оксидные пленки.

В среде кислорода можно затачивать режущий инструмент из инструментальных сталей и твердых сплавов, точить и сверлить кислостойкие и жаропрочные сплавы, шлифовать специальные стали и сплавы. Однако применение газообразных СОТС не получило широкого распространения в практике.

Жидкие СОТС

Жидкие СОТС наиболее распространены. Их принято называть смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ).


Они разделены на следующие классы:

  • Масляные
  • Водосмешиваемые (водные)
  • Быстрорастворяющиеся

Масляные СОЖ


Масляные СОЖ изготавливаются на основе минерального базового масла, к которому могут быть добавлены антифрикционные, противоизносные, противозадирные, антипенные и противотуманные присадки; ингибиторы коррозии, антиоксиданты.



Процентное содержание минерального масла в таких СОЖ составляет 60...95 % (в процентах по массе). Обычно это высокоочищенные нафтеновые или парафиновые масла. Иногда в качестве основы для масляных СОЖ используют смесь из нескольких минеральных масел или маловязкие экстракты селективной очистки. При выборе базовых минеральных масел учитывают прежде всего их физико-химические свойства (вязкость, индекс вязкости, групповой углеродный состав) и эксплуатационные характеристики.

Масла без присадок применяют при обработке магния, латуни, бронзы, меди и углеродистых сталей с легкими режимами резания. Однако такие жидкости мало эффективны при резании труднообрабатываемых сталей и сплавов (особенно для тяжелых режимов резания).


Водосмешиваемые СОЖ


Водосмешиваемые СОЖ могут содержать эмульгаторы, нефтяные масла, воду, спирты, гликоли, ингибиторы коррозии, бактерициды, противоизносные, противозадирные и антипенные присадки, электролиты и другие органические и неорганические продукты.


Эти СОЖ применяют в виде эмульсий или водных растворов при абразивной и лезвийной обработке (легкие и средние режимы резания) черных и цветных металлов.

К водосмешиваемым смазочно-охлаждающим жидкостям относится СОЖ EFELE CF-621 от российской компании "Эффективный Элемент".


В сравнении с масляными водосмешиваемые СОЖ обладают следующими преимуществами:

  • Более высокая охлаждающая способность
  • Относительно низкая стоимость
  • Высокая пожаробезопасность
  • Меньшая токсичность

Недостатки водосмешиваемые СОЖ:

  • Сравнительно невысокие смазывающие свойства
  • Низкая эффективность на отдельных операциях
  • Недостаточно высокая стабильность свойств во времени

Водосмешиваемые СОЖ разделены на 4 подкласса: эмульгирующиеся (эмульсолы), полусинтетические, синтетические, растворы электролитов.


Быстроиспаряющиеся СОЖ


Быстроиспаряющиеся СОЖ изготовлены на основе галогенпроизводных углеродов. Испаряясь, они охлаждают режущий инструмент и обрабатываемое изделие и оставляют на трущихся поверхностях тонкие смазывающие слои присадок.


Быстроиспаряющиеся СОЖ применяют при сверлении, развертывании, нарезании резьбы и протягивании труднообрабатываемых сплавов и пакетов из пластин разнородных материалов.


При выборе СОЖ для того или иного обрабатываемого материала целесообразно руководствоваться следующими практическими рекомендациями:

  • Цветные металлы и легкообрабатываемые стали рационально обрабатывать с применением масляных СОЖ с жировыми добавками
  • Мягкие и конструкционные стали рационально обрабатывать с применением хлоросодержащих масляных СОЖ, причем жидкость с высокой концентрацией хлоросодержащих присадок рекомендуется также для протягивания, резьбо- и зубонарезания

СОЖ подают в зону резания лезвийным инструментом следующими способами:

  • Свободно падающей струей
  • Напорной струей
  • Струей воздушно-жидкостной смеси /в распыленном состоянии
  • Через каналы в теле режущего инструмента

Пластичные СОТС

Пластичные СОТС обычно представляют собой пластичные смазки. Их используют в мелкосерийном производстве при нарезании резьбы, сверлении, протягивании и развертывании, полировании и обработке металлов напильниками.


Применение пластичных СОТС ограничивается трудностью введения их в зону резания, невозможностью сбора, очистки и повторного применения.


Пластичные СОТС разделены на следующие классы:

  • Смазки на углеводородных загустителях (парафин, воск и некоторые полимеры)
  • Смазки на мыльных загустителях (натриевые, литиевые, кальциевые, бариевые, свинцовые и др.)
  • Смазки на неорганических загустителях (глина, слюда, асбест и др.)

Твердые СОТС


Твердые СОТС по химическому составу подразделены на 3 класса:

  • Неорганические продукты слоистой структуры (тальк, графит, слюда, дисульфид молибдена и др.)
  • Органические соединения (воски, мыла, твердые жиры, полимеры)
  • Мягкие металлы (олово, свинец, медь)

Твердые СОТС применяют при высоких температурах и нагрузках, а также в тех случаях, когда другие типы смазочно-охлаждающих технологических средств неэффективны. Твердые смазки наносят в качестве покрытий на режущий инструмент или обрабатываемый металл.

По применению все СОТС разделены на две группы – для массового и специального применения. СОТС массового назначения пригодны для ряда операций обработки металлов резанием при различных режимах. Они в свою очередь разделены на 3 подгруппы: обычные, универсальные и многоцелевые.

К СОТС специального назначения относяися: газообразные, пластичные и твердые СОТС.


Современные смазочно-охлаждающие технологические составы способны в несколько раз повысить производительность труда, снизить энергозатраты в процессе металлообработки и улучшить ее качество.