способ оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (сож), используемой при резании материала

Формула изобретения

Способ оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), используемой при резании материала, отличающийся тем, что измеряют составляющие силы резания по трем координатам P _x, P_y, P_z при различных скоростях, подаче и глубине резания при кратковременном резании материала в течение 10-15 с с применением исследуемой СОЖ и без нее, рассчитывают результирующие силы резания Р_рез с СОЖ и без нее соответственно по формуле:

,

затем определяют коэффициент технологической эффективности исследуемой марки СОЖ по формуле:

К=Р _резСОЖ/Р_рез,

где Р_резСОЖ - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Р_рез - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н,

и определяют наиболее технологически эффективную СОЖ при заданных режимах резания по наименьшему из значений коэффициента К.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов.

Известны способы оценки технологической эффективности СОЖ по результатам исследования в лабораторных условиях износа режущего инструмента, шероховатости обработанной поверхности, точности обработки, величины крутящего момента (Технологические свойства новых СОЖ для обработки резанием / Под ред. М.И. Клушина. - М.: Машиностроение, 1979, с.86-89).

Однако непосредственное определение указанных параметров, определяющих эффективность СОЖ, связано со значительными затратами средств и времени, особенно в случае, когда надо определить технологическую эффективность нескольких марок СОЖ.

Известен способ оценки качества СОЖ, основанный на сопоставлении величин сил резания, измеренных в течение всего периода стойкости инструмента при использовании базовых и испытываемых марок СОЖ (Gugger М., Putting Fluids to the Test [Cutting Tool Engineering, August, 1999, p.54-62]).

Недостатком известного способа является значительная трудоемкость и время проведения, поскольку измерение сил резания производится в течение всего периода стойкости инструмента.

Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости оценки эффективности СОЖ и сокращение времени исследования путем измерения составляющих сил резания и сравнения результатов, полученных с применением различных СОЖ и без них.

В процессе механической обработки материалов на основные элементы технологической системы воздействуют силы, возникающие в результате деформирования срезаемого слоя и поверхности обрабатываемой детали, а также силы трения по передним и задним поверхностям режущего инструмента. Применение СОЖ снижает силы трения на передней и задней поверхностях режущего инструмента, что способствует уменьшению сил резания.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), используемой при резании материала, согласно заявляемому изобретению, измеряют составляющие силы резания по трем координатам P_x, P_y , P_z при различных скоростях, подаче и глубине резания при кратковременном резании материала в течение 10-15 с с применением исследуемой СОЖ и без нее, рассчитывают результирующие силы резания Р_рез с СОЖ и без нее соответственно по формуле:

,

затем определяют коэффициент технологической эффективности исследуемой марки СОЖ по формуле:

К=Р_резСОЖ/Р_рез,

где Р _резСОЖ - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Р_рез - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н,

и определяют наиболее технологически эффективную СОЖ при заданных режимах резания по наименьшему из значений коэффициента К.

Суть технического решения поясняется таблицей 1, в которую сведены результаты испытаний различных марок СОЖ при точении стали 45, рисунками 1 и 2, на которых приведены зависимости силы резания Р от величины подачи S при обработке стали 45 с применением различных марок СОЖ со скоростями резания V=35 м/мин и V=57 м/мин соответственно.

Предлагаемый способ осуществляется следующим способом.

На станке проводят кратковременное резание (10-15 с) материала без применения СОЖ, фиксируя величины составляющих силы резания. Испытания проводятся с помощью универсального динамометра. Затем проводят кратковременное резание материала, применяя водный раствор СОЖ испытуемой марки, также фиксируя величины составляющих силы резания. Подача СОЖ в зону резания осуществляется свободно падающей струей на режущий инструмент и обрабатываемую деталь. Измерения проводятся при различной скорости резания, подаче и глубине резания. Результаты проведенных испытаний сводятся в таблицу, и рассчитываются результирующие силы резания Р_рез с СОЖ и без нее соответственно по формуле:

,

и определяется коэффициент технологической эффективности К исследуемой марки СОЖ по формуле:

,

где Р_резСОЖ - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Р_рез - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н.

Эффективной считается СОЖ, обеспечивающая наименьшие силы резания и коэффициент К при заданных режимах резания.

Конкретный пример реализации данного способа.

На токарном станке ФТ-11 с помощью универсального динамометра УДМ-100 и приборного щита с микроамперметрами М907 проводят кратковременное резание стали 45 без СОЖ, фиксируя результаты величин составляющих силы резания. При этом применялся проходной упорный резец с пластиной из твердого сплава ВК8. Для оценки применялись 10% водные растворы СОЖ следующих марок: Смальта-3, Смальта-3ЕР, Смальта-11, Isogrind, Blasocut 2000, Blasocut 4000, Addinol, Росойл, Биосил С и Биосил М. Затем проводят кратковременное резание материала, применяя водные растворы СОЖ испытуемых марок, также фиксируя величины составляющих силы резания. Подача СОЖ в зону резания осуществляется свободно падающей струей на режущий инструмент и обрабатываемую деталь. Обработка проводилась при следующих режимах: скорость резания V=35 м/мин и V=57 м/мин, глубина резания t=1 мм и подача S=0,1, S=0,19 и S=0,38 мм/об. Результаты проведенных испытаний сведены в таблицу 1. По полученным данным построены графики зависимостей силы резания Р от величины подачи S, представленные на рисунках 1 и 2, при скоростях резания V=35 м/мин и V=57 м/мин соответственно.

Таблица 1

Вид СОЖ	Силы резания, Н	Скорость резания			Скорость резания
		V=35 м/мин			V=57 м/мин
		Подача S, мм/об			Подача S, мм/об
		0,1	0,19	0,38	0,1	0,19	0,38
1	2	3	4	5	6	7	8
Без СОЖ	Pz	250	600	1150	450	650	1100
	Px	150	270	750	315	405	495
	Py	90	120	375	180	270	330
	Р	305,12	668,81	1423,24	578,04	812,05	1250,57
Вода	Pz	250	600	1300	300	650	1050
	Рх	120	210	600	195	390	435
	Py	75	135	420	135	255	315
	Р	287,27	649,87	1492,11	382,43	799,77	1179,39
	K	0,94	0,97	1,05	0,66	0,98	0,94
Blasocut 2000	Pz	350	600	1400	350	600	1000
	Рх	90	195	525	210	360	390
	Py	90	135	330	135	255	270
	Р	372,42	645,17	1531,18	429,91	744,73	1106,80
	K	1,22	0,96	1,08	0,74	0,92	0,89
Blasocut 4000	Pz	300	550	1100	400	650	1050
	Px	75	150	375	240	405	420
	Py	75	105	255	135	270	315
	Р	318,20	579.68	1189,81	485,62	812,05	1173,94
	K	1,04	0,90	0,78	1,13	1,09	1,06

1	2	3	4	5	6	7	8
Isogrind	Pz	350	600	1150	350	650	1100
	Px	135	225	450	225	360	420
	Py	90	135	330	135	270	330
	Р	385,78	654,87	1278,24	437,44	790,57	1222,82
	K	1,26	0,98	0,90	0,76	0,97	0,98
Смальта-3	Pz	250	500	1000	300	650	1100
	Px	120	210	450	195	390	420
	Py	75	135	300	120	255	300
	Р	287,27	558,86	1136,88	377,39	799,77	1215,07
	K	0,94	0,84	0,80	0,65	0,98	0,97
Смальта-3 *ЕР	Pz	250	550	1250	450	650	1000
	Px	120	210	450	240	405	435
	Py	60	120	300	150	255	300
	P	283,73	600,83	1361,98	531,60	807,19	1131,03
	K	0,93	0,90	0,96	0,92	0,99	0,90
Смальта-11	Pz	250	500	1050	300	650	1050
	Px	120	255	540	135	345	390
	Py	75	165	375	75	240	270
	Р	287,27	585,02	1238,84	337,42	774,03	1152,17
	K	0,94	0,87	0,87	0,58	0,95	0,92
Addinol	Pz	300	500	1000	200	600	1050
	Px	120	210	480	135	375	420
	Py	75	135	360	75	255	285
	Р	331,70	558,86	1166,19	252,69	752,10	1166,24
	K	1,09	0,84	0,82	0,44	0,93	0,93
Росойл	Pz	250	500	1050	250	550	1000
	Px	135	240	525	135	375	420
	Py	75	150	360	75	240	270
	Р	293,85	574,54	1227,89	293,85	707,62	1117,72
	K	0,96	0,86	0,86	0,51	0,87	0,89
Биосил С	Pz	300	550	1000	300	600	1100
	Px	120	225	510	120	360	420
	Py	75	150	360	90	255	285
	Р	331,70	612,88	1178,86	335,41	744,73	1211,46
	K	1,09	0,92	0,83	0,58	0,92	0,97
Биосил М	Pz	250	550	1150	300	650	1050
	Px	120	240	555	150	390	420
	Py	75	150	405	90	270	300
	Р	287,27	618,55	1339,61	347,28	804,67	1170,00
	K	0,94	0,92	0,94	0,60	0,99	0,94

Наиболее технологически эффективную СОЖ определяют по наименьшему значению коэффициента К при заданных режимах резания.

Анализ данной таблицы показывает, что при обработке стали 45 со скоростью резания V=35 м/мин наиболее эффективными марками СОЖ являются:

при подаче S=0,1 - Смальта 3*ЕР (К=0,93);

при подаче S=0,19 - Addinol (К=0,84);

при подаче S=0,38 - Blasocut 4000 (К=0,78).

При обработке стали 45 со скоростью резания V=57 м/мин наиболее эффективными марками СОЖ являются:

при подаче S=0,1 - Addinol (К=0,44);

при подаче S=0,19 - Росойл (К=0,87);

при подаче S=0,38 - Blasocut 2000 (К=0,89).

Заявляемый способ оценки технологической эффективности СОЖ позволяет значительно снизить трудоемкость и время исследования эффективности СОЖ при заданных режимах резания.