Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 9
1.1. Современное состояние проблемы повышения эффективности смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) 9
1.1.1. Назначение и функциональное действие СОТС 12
1.1.2. Трибоактивные присадки к СОТС 16
1.1.3. Эффективность СОТС при сверлении металлов 20
1.2. Трибологические свойства смазочных материалов с присадками жидких кристаллов 26
1.2.1 .Физические основы трибоактивности жидких кристаллов 26
1.2.2.Свойства индивидуальных жидких кристаллов 28
1.2.3.Триботехнические характеристики масел с жидкокристаллическими присадками 29
1.2.4. Эффективность присадок жидких кристаллов при обработке давлением и резанием 41
1.3. Выводы по литературному обзору и постановка задач исследования 45
ГЛАВА 2. Изучение совместимости присадок жксх со смазочными маслами 47
2.1 .Характеристика исследуемых присадок ЖКСХ 47
2.2. Исследования растворимости присадок ЖКСХ 50
2.3. Исследования реологических свойств 55
2.3.1. Методика исследования 55
2.3.2. Исследование реологических свойств индустриальных масел с присадками ЖКСХ 57
2.3.3. Исследование реологических свойств режущих масел с присадками ЖКСХ 63
2.4. Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3 Моделирование смазочного действия присадок жксх при резании на трибологических стендах 68
3.1. Методы трибологических исследований 68
3.1.1. Испытания на минитрибометре 68
3.1.2. Испытания на СМЦ-2 70
3.2. Изучение трибоактивности присадок ЖКСХ в индустриальных маслах 75
3.3. Изучение трибоактивности присадок ЖКСХ в режущих маслах 84
3.4. Выводы по главе 3 90
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования процес сов резания в среде сотс с присадками ЖКСХ 91
4.1. Методы испытания свойств режущих масел при резании 91
4.2. Исследование влияния присадок ЖКСХ к СОТС на процесс сверления 107
4.3. Исследования влияния присадок к СОТС на усадку стружки 112
4.5. Исследование корней стружки и влияние присадок на глубину де формированного слоя после обработки 114
ГЛАВА 5. Изучение механизмов смазочного действия присадок жксх при резании 118
5.1. Влияние присадок на глубину царапины при склерометрировании 118
5.2. Механизмы хемосорбции присадок ЖКСХ 125
5.3. Экологические проблемы применения хлорсодержащпх ЖКСХ 132
Основные результаты и выводы по работе 134
Список использованной литературы 136
Приложения 148
- Трибологические свойства смазочных материалов с присадками жидких кристаллов
- Исследования растворимости присадок ЖКСХ
- Изучение трибоактивности присадок ЖКСХ в индустриальных маслах
- Исследование влияния присадок ЖКСХ к СОТС на процесс сверления
Введение к работе
Улучшения процесса обработки металлов резанием тесно связаны с разработкой новых эффективных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС). Перспективным путем решения ряда этих задач является совершенствования СОТС посредством введения в них различных по природе и химическому строению функциональных присадок.
В настоящее время широко известно использование в качестве присадок следующих материалов: во-первых, ПАВ, улучшающих антифрикционные свойства трибосистем; во-вторых органические соединения, содержащих активные компоненты — серу, фосфор, хлор и др., которые химически взаимодействуя с поверхностными слоями деталей образуют пленки предотвращающие металлическое и молекулярное сцепление на участках контакта; в-третьих, веществ обладающих ламелярной структурой (графит, дисульфит молибдена и др.), способствующих снижению фения в процессе резания вследствие увеличения опорных площадей контакта и замены трения между металлическими поверхностями на трение между пластически сдвигаемыми слоями присадки относительно друг друга.
В последнее время для современной трибологии характерен повышенный интерес к веществам, имеющим упорядоченное строение. К таким веществам относятся жидкокристаллические соединения холестерила (ЖКСХ) — эфиры холестерила различных кислот. Эти вещества относятся к таким, которые благодаря своему химическому строению при определенных термодинамических условиях способны структурироваться не только у опорной поверхности, но и на удалении от нее и одновременно обладают свойствами жидкости. Улучшить их триботехнические свойства можно путем дополнительного закрепления молекул по механизму хемосорбции, если бы молекулы ЖКСХ проявляли химическую активность. Из-за большого разнообразия возможных соединений ЖКСХ исследования их влияния на свойства масел далеки от завершения.
Целью работы явилось повышение стойкости быстрорежущего инструмента и улучшение качества обработанной поверхности при резании за счет применения СОТС с присадками жидкокристаллических соединений. Научная новизна работы заключается в следующем: і. Впервые были применены новые присадки ЖКСХ к СОТС, позволяющие улучшить характеристики резания — повысить стойкость инструмента и уменьшить шероховатости обработанной поверхности.
Оптимизировано содержание присадок в СОТС, позволяющих получать наилучшие характеристики резания.
Впервые предложено объяснение физико-химического механизма положительного действия присадок ЖКСХ при резании.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
Научные и практические результаты работы реализуются в госбюджетных научно-исследовательских работах, выполняемых на базе трибологиче-ского центра и кафедры экспериментальной и технической физики ИвГУ.
Определена предельная растворимость присадок ЖКСХ в индустриальных маслах И-20А, И-40А и режущих маслах СП-4 и ГСВ-1. Даны рекомендации по оптимальной концентрации присадок. Изучены реологические, характеристики полученных смазочных композиций, в частности вязкость.
Получены данные по влиянию химически-активных присадок ЖКСХ на характеристики процесса резания сталей 45 и 12Х18Н10Т.
Результаты работы переданы в виде рекомендаций на предприятие ОАО «Машиностроительная компания КРАНЭКС» г. Иваново.
Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: I и II Международном научно-практическом семинаре «Техника и технологии трибологических исследований» (Иваново, 2006 и 2009); VI и VII Международной научной конференции по лиотропным жидким кристаллам (Иваново, 2006 и 2009); Международной научно-технической конференции «По- лимерныс композиты и трибология (Поликомтриб-2009)» (Гомель, Беларусь, 2009); Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии (XV Бенардосовские чтения)» (Иваново, 2009); IX Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2009 (Москва, ВВЦ, 2009); Региональной научно-технической конференции «Материаловедение и надежность триботехнических систем» (Иваново 2009); Региональной молодежной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (Иваново, 2007, 2008 и 2009).
Основные теоретические положения и результаты исследований опубликованы в 16 научных работах, в т.ч. в 2 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, 2 статьи в центральных научных журналах, 3 статьях в межвузовских сборниках научных трудов, 5 тезисах доклада на международных конференциях и 4 тезисах докладов конференций регионального уровня.
Работа выполнена при финансовой поддержке Рособразования по ведомственной аналитической программе «Развитие научного потенциала высшей школы: 2006-2008 гг.» и Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.».
Трибологические свойства смазочных материалов с присадками жидких кристаллов
Еще в 1936 г. В.К. Фредериксом была высказана идея о необходимости проведения исследований по применению жидкокристаллических соединений (ЖК-соединений) в трибологии [71]. Одними из первых авторских свидетельств, связанных с применением мезогенов в триботехнике, были получены В.Ы. Латышевым и И.Г. Чистяковым с соавторами в конце 80-х - начале 90-х гг. прошлого столетия [3, 4]. Эта проблема актуальна в условиях как статического, так и динамического контакта твердых тел, когда наличие в их микрозазоре анизотропной жидкости с особой структурой определяет степень диссипации энергии трения.
Очень перспективными представляются исследования в области жидких кристаллов (ЖК), свидетельствующие об уникальности их смазочных свойств, проведенные В.Б. Коротковым [46], В.Н. Латышевым [4, 52, 55, 60], Н.В. Усольцевой [91], белорусскими учеными [34-37, 48-50, 72-77] и другими учеными [8-Ю, 12-15, 18-20, 21, 23, 26-27, 30].
Смазочное действие веществ теснейшим образом связано как с их природой, так и с комплексом явлений, происходящих при контакте смазки с поверхностью твердого тела. Смазки адсорбируются на поверхности твердого тела. В образующихся при этом адсорбционных слоях свойства вещества отличаются от объемных. Исследования структуры адсорбционных пленок показали, что в слоях толщиной 10 — 100 им, непосредственно прилегающих к твердой поверхности, существует ориентация молекул. Такая ориентация появляется в граничных слоях неполярного масла при добавлении к нему по лярных молекул жирной кислоты. Структуру слоев жирной кислоты назвали смектоподобной. Это подтверждается в работе [47], в которой ЖК по смазочной способности относительно вазелинового масла делятся на две группы. В первую группу входят НЖК (нематический жидкий кристалл), растворы которых в вазелиновом масле обладают более низкой смазочной способностью, чем базовое масло. Вторую группу образуют ХЖК (холестерический жидкий кристалл). Смазочная способность их растворов в вазелиновом масле выше, чем растворов НЖК и вазелинового масла. Кроме того, ХЖК, имеющие мезоморфную фазу при комнатной температуре, по смазочной способности равны растворам ХЖК в вазелиновом масле. Этот факт дает основание предполагать образование в зоне контакта смазочных слоев из растворов ХЖК в вазелиновом масле, не уступающих по своей эффективности слоям смазки в мезоморфном состоянии. Образование таких слоев возможно вследствие адсорбции молекул ХЖК на поверхности трения. Это приводит к обогащению прилегающих к поверхности слоев смазки молекулами мезогенных веществ. В поверхностных слоях смазки, где тенденция к упорядочению усугубляется ориентирующим влиянием микрорельефа поверхности реализуется мезоморфная фаза. Когда в объеме мезоморфной фазы происходит сдвиг с относительно высокой скоростью, молекулы мезоморфной фазы переориентируются, что приводит к образованию планарной структуры и плоскостей скольжения с низким сопротивлением сдвигу [47].
Жидкие кристаллы представляют собой структурированные жидкости [73]. Это их свойство обусловлено вытянутой, иглообразной формой и низкой конформативностью молекул. Структура жидкокристаллической фазы зависит от ряда факторов: наличия электрических и магнитных полей, контакта с поверхностями твёрдых тел, вида их обработки, строения молекул и др. Определяющим среди них является молекулярное строение жидких кристаллов. Очевидно, что свойства граничных смазочных слоев, образованных жидкокристаллическим веществом, а следовательно, и их триботехническая эффективность будут также зависеть от строения молекул этих веществ [73]. Смазочная способность жидкокристаллической смазки связана с существованием упорядоченного расположения молекул как в твёрдой фазе, так и в мезофазе. Разрушение структуры жидкокристаллической фазы, приводит к существенному снижению смазывающих свойств жидких кристаллов [22].
Исследованию трибологических свойств чистых жидких кристаллов посвящено незначительное число работ [35]. Это связано с тем, что большинство жидких кристаллов при комнатной температуре находятся в твердофазном состоянии, которое, соответственно, затрудняет их применение в качестве смазки. Кроме того, высокая стоимость жидких кристаллов, снижающая возможность их практического использования, и недостаточно большие объемы производства также являются причинами, сдерживающими их триболо-гические исследования. Несмотря на эти обстоятельства, такие исследования, являются весьма актуальными и представляют значительную ценность, т.к. дают информацию о влиянии жидкокристаллического состояния вещества на процессы трения и изнашивания твердых тел. В работе [22] описаны результаты исследования смазывающих свойств нематических и холестерических жидких кристаллов. В соответствии с результатами исследований как нема-тический жидкий кристалл с температурой просветления 325 К, так и холе-стерик с температурой просветления 349 К дают более низкие значения коэффициента трения, чем минеральные масла. Но при температурах, соответствующих фазовому переходу нематик - изотропная жидкость наблюдается значительное увеличение коэффициента трения. При этом процесс изменения коэффициента трения является обратимым, т.е. после перехода нематик — изотропная жидкость коэффициент трения уменьшится во столько же раз. При рассмотрении изменений коэффициента трения нельзя не обратить вни мание на скачкообразное увеличение вязкости жидких кристаллов в области температур фазового перехода жидкий кристалл — изотропная жидкость. При дальнейшем повышении температуры вязкость достигает значений, соответствующих началу фазового перехода и продолжает уменьшаться. Высокие значения коэффициента трения для жидкого кристалла в фазе изотропной жидкости не связаны с изменениями его вязкости. Исследования смазочной среды после триботехнических испытаний показали, что ее химический состав не изменился, разрушений молекул используемых жидких кристаллов, и образования новых продуктов не произошло. На основании этого делается вывод, что потеря эффективных смазывающих свойств нематиков в условиях, не сопровождающихся химической модификацией смазочной среды, происходит в результате перехода мезоморфное состояние — изотропное в смазочном слое под действием температуры. Попытка установить взаимосвязь температуры первого фазового перехода с изменениями коэффициента трения не привела к успеху. Это может быть обусловлено, во-первых, наличием в жидких кристаллах в твердой фазе структуры и свойств, характерных для слоистых твердых смазок, и, во-вторых, изменением температуры первого фазового перехода вследствие действия при трении сжимающих и сдвиговых напряжений [22].
Трибологические закономерности, установленные для индивидуальных жидких кристаллов, имеют иной характер, присущий только системам, представляющим смесь мезогенных и немезогенных молекул. Практически во всех реализованных сочетаниях использованных масел, жидких кристал
Исследования растворимости присадок ЖКСХ
Одной из причин, для проведения данных исследований, явилась растворимость большинства жидких кристаллов в смазочных маслах и СОТС при нагревании. Специальных исследований, посвященных совместимости жидких кристаллов со смазочными материалами, нет. В связи с этим существует необходимость исследования растворимости присадок ЖКСХ с базовыми маслами и СОТС.
Согласно рекомендациям из литературных источников [35], для приготовления истинного раствора необходимо было нагревать жидкость до температуры выше перехода жидкого кристалла в изотропное состояние. Однако выполнить данные рекомендации было затруднительно в связи с высокой температурой фазового перехода некоторых жидких кристаллов, близкой к температуре вспышки паров СОТС.
Однако предварительные исследования показали, что исследуемые присадки хорошо растворялись в базовых СОТС и при более низких температурах- 90... 100 С. Поэтому смазочные композиции готовили путем простого растворения присадки при указанных температурах в базовом масле.
Предельные температуры растворимости присадок в базовых СОТС определяли при медленном охлаждении раствора СОТС с присадкой. Пробирку с раствором помещали в стакан с водой, установленный на электрической плитке, и доводили до кипения. Затем плитку отключали. При достижении комнатной температуры стакан помещали в емкость с колотым льдом. Средняя скорость охлаждения составляла 1...2 градус/мин. В эксперименте фиксировалась температура начала выпадения нерастворимого осадка. По результатам исследований строилась фазовая диаграмма «температура -массовая доля присадки», позволяющая прогнозировать концентрацию раствора при температурах ниже нуля. Фазовые диаграммы растворимости присадок ЖКСХ Х-25, Х-37, Х-68 в индустриальных и режущих маслах приведены на рисунке 2.2.
В качестве базовых масел выбраны по два вида индустриальных и режущих масел. Индустриальные масла И-20А, И-40А (ГОСТ 20799-88 см. приложение) выбраны для исследования в связи с изначальным отсутствием в их составе присадок, чтобы триботехпические эффекты, связанные с введением изучаемых ЖКСХ, не искажались под влиянием содержащихся в масле других базовых присадок. Различие в вязкости выбранных индустриальных масел позволит также определить возможное влияние вязкости на триботехниче-скую эффективность ЖКСХ.
Режущие масла СП-4 (ТУ 0258-100-05744685-96), ГСВ-1 (ТУ 0258-199-05744685-2003) выбраны в связи с широким применением па производстве. СП-4 - это готовое к применению СОТС для материалов нормальной обрабатываемости на операциях: обработка на токарных автоматах одно- и многошпиндельных, фрезерование конструкционных углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов. ГСВ-1 предназначено для использования в качестве смазочно-охлаждающего технологического средства при резании конструкционных легированных и коррозионно-стойких сталей на операциях глубокого сверления, протягивания, резьбонарезания.
Результаты проведенных исследований растворимости ЖКСХ в базовых маслах и СОТС приведены в таблице 2.2. Установлено, что холестерило-вые эфиры бензойной кислоты Х-25, Х-37 и Х-68 обладают лишь частичной растворимостью в исследуемых базовых маслах. Это, очевидно связано с наличием бензольного кольца в строении молекулы. Кроме того, данные присадки обладают повышенными температурами плавления, поэтому более склонны к агрегации в растворителе, чем низкотемпературные ЖКСХ. Таким образом, возможности использования высокотемпературных ЖКСХ в качестве присадок к смазочным материалам на основе минеральных масел будут ограничены трудной растворимостью данных присадок в маслах и СОТС.
Присадки ЖКСХ Х-16, Х-18, Х-26 растворяются в базовом масле во всем исследуемом диапазоне температур и концентраций, образуя истинные растворы ЖКСХ в минеральном масле. Для холестерилового эфира олеино вой кислоты Х-16 содержание присадки при 20 С в растворе СОТС доводили вплоть до 9 масс. %. Очевидно, хорошая растворимость связана со строением органического радикала эфира, его способностью растворяться в минеральном масле, а также с низкой температурой плавления ЖКСХ.
Исследование присадок на совместимость с режущими маслами показало аналогичные результаты. Холестериловые эфиры бензойной кислоты Х-25, Х-37 и Х-68 обладают лишь частичной растворимостью.
Изучение трибоактивности присадок ЖКСХ в индустриальных маслах
Испытания на минитрибометре. Состав исследуемых смазочных композиций приведен в таблице 3.1. Анализ трибограмм полученных при фении чистых масел и масел с присадками показывает, что процесс трения масел с присадками протекает более стабильно, сокращается время протекания переходного процесса притирания пары при ступенчатом изменении нагрузки. Результаты приведены в табл. 3.2.
При введении присадок уменьшается коэффициент трения (рис. 3.4.). По эффективности влияния на коэффициент присадки можно расположить в следующий ряд Х-18, Х-68, Х-16, Х-26, Х-37, Х-25. В случае И-20А введение присадки Х-25 при нагрузке 3.6 Я (18.7 МПа) снижает значение коэффициента трения с 0,093 до 0,045 — более чем в два раза, в случае И-40А — с 0,075 до 0,045 — в 1.7 раза.
С повышением нагрузки коэффициент трения возрастает. Путем ступенчатого нагружения узла были выявлены критические нагрузки, свыше которых начинался процесс заедания. Для чистых масел И-20А И-40А и составов на их основе с присадками Х-18, Х-26, Х-68 максимальная нагрузка узла трения равнялась 10.8 Н (32.4 МПа). Для составов с присадками Х-16, Х-25 и Х-37 критическая нагрузка возрастает до 14.4 Я.
Анализ причин полученной градации трибологических свойств изучаемых присадок показывает, как мы и предполагали, что в ряду гомологов бензойной кислоты эффективность возрастает с ростом температуры фазового перехода в изотропную жидкость Х-18 (91.5 С) Х-68 (195,5 С), Х.-Ъ1 (200,5 %!), Х-25 (199,5 С). Это свидетельствует о структурном механизме смазочного действия. Формирование мезофазы в граничном смазочном слое, возможно является причиной более высоких антизадирных свойств присадок Х-37 и Х-25.
Высокую смазочную способность показала также присадка Х-26, содержащая атом хлора. Данная присадка вообще не имеет мезофазы, и тем не менее показывает высокие результаты. Ее смазочную эффективность можно объяснить ее хемосорбционной способностью по радикальному механизму. Однако то, что Х-26 не образует мезофазы, отрицательно сказывается на ан-тизадирных свойствах смазочной композиции с ее использованием. Следует отметить высокие антизадирные свойства присадки Х-16 — холестерилового эфира олеиновой кислоты, эффективность которого отмечена в работах [3, 35, 46 и др.].
Испытание на износостойкость на СМЦ-2 по схеме «диск- плоскость». По схеме «плоскость-диск» и было проведено исследование по влиянию концентрации присадки ЖКСХ Х-16 (холестериловый эфир олеиновой кислоты) на интенсивность изнашивания пары трения в масле И-40А (рис. 3.5.). Из графика видно, что с ростом концентрации ЖКСХ интенсивность изнашивания снижается и при концентрации 3 масс. % стабилизируется. Это говорит о том, что добавление присадки ЖКСХ в базовые масла в большем количестве, чем 3 масс.% , не целесообразно, поэтому смазочные композиции ограничиваются концентрацией в 3 масс. %.
В данных испытаниях использовались составы, приведенные в табл. 3.1. Результаты исследования представлены в таблице 3.3. Имеется общая закономерность увеличения износостойкости узла трения с увеличением вязкости масел (рис. 3.6.), в то же время химически активные присадки, содержащие атом хлора увеличивают износостойкость аномальным образом. Наилучшие свойства проявляет присадка Х-25. При введении ее в масло И-20А износостойкости узла трения увеличивается до 40 %, в масло И-40А — до 60 %. Износостойкость узла трения при смазывании маслами с высокотемпературными ЖКСХ, не содержащими атом хлора, сравнима с обычными ЖКСХ (рис. 3.7.).
Испытание на износостойкость на СМЦ-2 по схеме «диск- неподвижный диск». С целью достижения подобия между смазочными композициями с различными видами присадок в данном эксперименте были взяты смазочные композиции с одинаковой моляльной концентрацией в базовом масле — 2.5-10"2моль/кг, где молялытая концентрация — число моль вещества, отнесенное к массе растворителя.
На рисунке 3.8. показано, что существует корреляция между двумя методами испытаний. Из анализа результатов следует, что все вводимые присадки улучшают противоизносные свойства базовых масел на всем диапозо-не нагрузок. На рис. 3.9. показано влияния типа присадки на износ пары трения при смазывании смазочными композициями на базе индустриальных масел. Видно, что наиболее эффективными противоизносными присадками, как и в предыдущих испытаниях, являются присадки, содержащие атом хлора -Х-25, Х-26. Также можно отметить хорошие противоизносные свойства присадки Х-16.
Для некоторых присадок ЖКСХ после проведения опытов были получены снимки поверхности трения, и исследована шероховатость поверхностей. Фотографии поверхностей показаны на рис. 3.10, влияние присадок на состояние поверхности на рис. 3.11. Как можно видеть из гистограммы, параметр шероховатости поверхности становится ниже при введении в базовое масло присадок ЖКСХ. Также можно видеть, что применение хлорсодержа-щей присадки приводит также к наименьшей шероховатости поверхности трения.
Исследование влияния присадок ЖКСХ к СОТС на процесс сверления
Результаты экспериментов по влиянию присадок ЖКСХ на процесс сверления приведены в таблице 4.4. Обнаружено положительное влияние присадок ЖКСХ на процесс сверления материалов — снижение силовых параметров, уменьшение шероховатости поверхности, повышению стойкости инструмента.
Исследование СОТС на базе СП-4. Исследование влияния на рабо гу резания показали, что при скорости Ъм/мин (0.05 м/с) работа резания снижается для чистого масла СП-4 на 15 % по сравнению с И-20А. Добавление присадки Х-16 снижает работу резания на 19 %. Добавление же присадки X-25 снижает работу резания на 26 %.(рис. 4.9) Среднеарифметическое отклонение профиля R а снижается для чистого СП-4 на 21%, при добавлении присадки Х-16 на 30 %, присадки Х-25 на 36 % (рис.4.10 и 4.12). Стойкость инструмента повышается на 42 % для СП-4, на 75 % для СП-4+Х-16 и на 85 % для СП-4+Х-25 (рис. 4.11).
При увеличении скорости резания до 17 .Ъм/мин (0.3 м/с) эффективность присадок становиться ниже. Работа резания снижается при использовании СП-4 на 4%, при добавлении Х-16 на 7%, при добавлении присадки X-25 на 11%. Шероховатость поверхности R а снижается на 17 % для СП-4, на 20% для СП-4 + Х-16, на 24 % для СП-4 + Х-25. Стойкость инструмента также увеличивается, но не на большую величину: при использовании СП-4 на 25 %, СП-4+Х-16 на 28 %, СП-4+Х-25 на 31%.
Исследование СОТС на базе ГСВ-1. При использовании в качестве базового СОТС ГСВ-1 эффективность оказывается выше по сравнению с СП-4. Исследование влияния на работу резания показали, что при скорости 3 м/мгш (0.05 м/с) работа резания снижается для чистого масла ГСВ-1 на 18% по сравнению с И-20А. Добавление присадки Х-16 снижает работу резания на 21 %. Добавление же присадки Х-25 снижает работу резания на 30 %.
Среднеарифметическое отклонение профиля R а снижается для чистого ГСВ-1 на 26%, при добавлении присадки Х-16 на 32 %, присадки Х-25 на 39 %. Стойкость инструмента повышается на 51 % для СП-4, на 82 % для СП-4+Х-16 и на 90 % для СП-4+Х-25.
При увеличении скорости резания до 17.8 м/мпн (0,3м/с) эффективность присадок становиться ниже. Работа резания снижается при использовании ГСВ-1 по отношению к маслу И-20А на 6%, при добавлении Х-16 на 9 %, при добавлении присадки Х-25 на 14%. Шероховатость поверхности R а снижается на 18 % для ГСВ-1, на 24 % для ГСВ-1 + Х-16, на 26 % для ГСВ-1 + Х-25 (рис. 4.13). Стойкость инструмента таюке увеличивается, но не на большую величину: при использовании ГСВ-1 на 36 %, ГСВ-1+Х-16 на 41 %, ГСВ+Х-25 на 45%.
Снижение эффективности присадок ЖКСХ при повышении скорости резания можно объяснить следующим: при низких скоростях резания и следовательно температурах в зоне резания присадки ЖКСХ проявляют себя как поверхностно-активные вещества, т.е. происходит физическая адсорбция на поверхности металла. При повышении скорости до предельных для данного обрабатываемого материала присадки ЖКСХ проявляют себя как химически-активные вещества, причем лучший эффект наблюдается именно с присадками содержащими хлор.
Анализ результатов на усадку стружки показывает, что применение ЖКСХ в составах стандартных СОТС позволяет снизить коэффициент продольной укорочения стружки. На рис.4 Л 4 представлена гистограмма коэффициента продольного укорочения стружки при использовании различных СОТС. Наибольшее значение коэффициента продольного укорочения стружки получили при резании всухую.
При использовании в качестве СОТС режущих масел с присадками ЖКСХ коэффициенты оказываются ниже, чем без присадок. Также использование в качестве СОТС режущих масел с присадками ЖКСХ. содержащих в своем составе атомы хлора значение коэффициента усадки оказывается еще ниже.
Для режущего масла СП-4 коэффициент укорочения стружки снижается по отношению к резанию всухую на 7 %. При добавлении присадки ЖКСХ Х-16 коэффициент снижается на 14 %, а при добавлении хлорсодер-жащей присадки Х-25 коэффициент усадки стружки снижается на 25 %.
При использовании режущего масла ГСВ-1 значение коэффициента укорочения стружки ниже, чем при использовании СП-4. Так по отношению к резании всухую, величина коэффициента укорочения стружки снижается на 9 %, при добавлении присадки Х-16 на 12 %, при добавлению присадки Х-25 на 27 %.
Из результатов можно видеть, что присадки ЖКСХ экранируют адгезию обрабатываемого материала с инструментальны. Данные свидетельствуют о том, что СОТС с присадками ЖКСХ обладают лучшей смазочной способностью. Для подтверждения смазочного действия присадок ЖКСХ проведены исследования по изучению корней стружки и глубины деформированного слоя после обработки.
В зоне первичной деформации происходит интенсивный сдвиг в узкой области, протянувшейся от вершины резца до внешней свободной поверхности образца. Идеальное представление этой зоны плоскости (плоскостью первичного сдвига) описывается углом сдвига р. Чем меньше величина (3, тем длиннее плоскость сдвига, выше силы резания и значительнее энергозатраты на удаление данного объема материала. Высокая величина силы трения между стружкой и резцом снижает угол р, при этом плоскость сдвига располагается дальше от режущей кромки, делая резание более затруднительным. Анализ полученных фотографий корней стружки представлен на рис. 4.15, по которым были рассчитаны углы сдвига. При резании стали 45, угол сдвига Р составляет порядка 50 , так при резании в среде СОТС без присадок ЖКСХ угол сдвига Р составляет для СП-4 43, для ГСВ-1 48, а для СОТС с хлорсо-держащими присадками 50 и 52 соответственно.
На рисунке 4.16 в виде графиков представлены результаты по изучению распределения микротвердости на обработанной поверхности стали 45. Исследованиями установлено, что микротвердость образцов имеет максимальное значение на поверхности. При продвижении вглубь образца она плавно понижается до значения микротвердости матрицы. Меньшие величина глубины нарушенного слоя и значение микротвердости соответствуют резанию с использованием СОТС с присадками Х-25, содержащих в своем составе атом хлора. Максимальная глубина наклепа наблюдалась при резании со стандартными СОТС СП-4 и ГСВ-1. Эти данные свидетельствуют о том, что при резании в СОТС с присадками ЖКСХ процесс стружкоотделения происходит в более благоприятных условиях, чем без их участия, также изменение глубины наклепа может быть связана с изменением направления вектора равнодействующей силы резания.
