Введение к работе
Актуальность работы: Работоспособность режущего инструмента является основным показателем, отвечающим за его эксплуатационные свойства. Применение смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) при металлообработке оказывает эффективное влияние на повышение стойкости инструментов.
Работы многих ученых свидетельствуют о сложности физико-химических взаимодействий между инструментом и обрабатываемым материалом. В настоящее время нет цельного представления о процессах, протекающих в зоне контакта при резании металлов. Поэтому, проведение исследований с целью определения физико-химических закономерностей в контактной зоне является важной научно-технической проблемой. Ужесточающиеся требования защиты окружающей среды и обслуживающего персонала от техногенного воздействия ставят на первое место безопасность СОТС и простоту утилизации.
Ионизированный воздух как СОТС удовлетворяет требованиям защиты окружающей среды. На сегодняшний день доказано его положительное влияние на трибологическую обстановку в зоне контакта инструмента и обрабатываемого материала, но ионизированная газовая среда не обладает удовлетворительной охлаждающей функцией. Повышение охлаждающей функции ионизированного воздуха является актуальной научной проблемой.
Цель работы: Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента и улучшение качества обработанной поверхности при лезвийной обработке путем применения ионизированного охлажденного в вихревой трубе Ранка-Хилша воздуха.
Задачи исследования:
Разработать и изготовить вихревую трубу для реализации эффекта Ранка-Хилша и определить ее технологические характеристики с целью повышения охлаждающей функции ионизированного воздуха.
Изучить влияние охлажденного ионизированного воздуха на характеристики процесса лезвийного резания (температура резания, величина остаточных напряжений, условный угол сдвига, глубина деформированного слоя) и стойкостные показатели быстрорежущих инструментов.
Исследовать наличие и вид вторичных структурных образований в контактной зоне при использовании в качестве СОТС охлажденного ионизированного воздуха.
Предложить механизмы действия охлажденной ионизированной среды при резании металлов.
5. Определить экономическую эффективность применения охла
жденного ионизированного воздуха в процессах лезвийного резания.
Методы исследования. Работа выполнена на основе фундаментальных положений теории резания металлов, законов физики и химии с применением методов математической обработки экспериментальных данных, при помощи пакета статистической обработки Origin. Функциональные свойства СОТС при резании определяли, измеряя интенсивность изнашивания инструмента, температуру в теле резца, остаточные напряжения в поверхностном слое детали, а также проводили измерение шероховатости обработанной поверхности.
Научная новизна работы:
Установлена взаимосвязь характеристик процесса резания (температура, усадка стружки, наличие и величина зон вторичной деформации, параметров процесса стружкообразования), стойкостных показателей инструментов, величины остаточных микронапряжений и степени охлаждения ионизированной воздушной СОТС.
Выявлена зависимость охлаждающей способности вихревой трубы Ранка-Хилша от давления воздушного потока на её входе.
3. Установлен механизм действия охлажденной ионизированной
воздушной СОТС, заключающийся в охлаждении зоны резания посред
ством эффекта Ранка-Хилша и интенсификации смазочного эффекта за
счет образования оксидных структур в контактной зоне в результате на
сыщения воздушной СОТС микродозами воды, выделившимися при
переходе точки росы.
Практическая иенностъ работы:
Научные и практические результаты работы реализуются в госбюджетных научно-исследовательских работах, выполняемых на базе трибологического центра и кафедры экспериментальной и техниче -ской физики ИвГУ.
Разработана конструкция ионизатора с вихревым охладителем для подачи охлажденного ионизированного воздуха направленно в контактную зону (Патент РФ №2411115 «Способ охлаждения и смазки режущих инструментов»).
Разработаны технология и рекомендации по использованию в качестве СОТС охлажденного ионизированного воздушного потока.
Определены оптимальные режимы работы вихревого охладителя и ионизатора, обеспечивающие наибольшую износостойкость быстрорежущего инструмента и наилучшее качество обработанной поверхности.
Апробация работы: Основные положения диссертации были представлены на: II Международном научно-практическом семинаре «Техника и технологии трибологических исследований» (Иваново, 2009); Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии (XV Бенардосовские чтения)» (Иваново, 2009); региональной научно-технической конференции «Материаловедение и надежность триботехнических систем» (Иваново 2009); региональной молодежной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (Иваново, 2008, 2009 и 2010).
Публикации. Основные теоретические положения и результаты исследований опубликованы в 15 научных работах, в т.ч. в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патенте РФ, 5 статьях в межвузовских сборниках научных трудов, 6 тезисах докладов на конференциях различного уровня.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, списка литературы и приложения, содержит 152 страницы печатного текста, 12 таблиц, 67 рисунков, 114 литературных источников.
