Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшая роль в развитии народного хозяйства отводится повышению технического уровня машиностроения и его конкурентоспособности на мировом рынке. Большую долю операции в машиностроении составляет механическая обработка конструкционных материалов резанием и давлением. Режимы обработки деталей, новые сплавы и режущий инструмент таковы, что невозможно обойтись без высокоэффективных смазочно-охлаждаших технологических средств (СОТС), позволяющих повышать производительность труда, снижать затраты производства. Наукоемкость разработки новых СОТС возросла.
Актуальность проблемы применения COIC обусловлена возрастающими масштабами применения новых жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также металлов и неметаллов с особыми свойствами. Опыт использования товарных СОТС показывает, что невозможно предложить универсальную технологическую среду дляразличных операций механообработки. В каждом конкретном случае часто приходится подбирать индивидуальную смазочно-охлаждающую композицию.
Возникает множество сопутствующих проблем, связанных с применением СОТС. Это зашита оборудования от коррозии при применении химически-активных составов, загрязнение стружкой, окалиной и пр., биопоражение и разложение СОТС; потеря технологических свойств в процессе эксплуатации. Происходит переход предприятий па более дешевые продукты нефтехимии, в частности, на водомасля-ные эмульсии, голусинтетические и синтетические жидкости. Налицо значительное снижение потребления масляных составов, что связано с тенденцией снижения себестоимости продукции.
Перед машиностроением с особой остротой в последнее время пстала экологическая проблема регенерации и утилизации СОТС. Возросли санитарно-гигиенические требования к составам, применяемым па производстве и находящимся в контакте с обслуживающим персоналом. Возникла необходимость замены высокотоксичных жидкостей (особенно хлорсодержаших), часто с неприятным запахом, на менее опасные для здоровья. Поэтому нами была сделана попытка предложить менее токсичные, но высокоэффективные яшдкости, способные заменить как отечественные, так и зарубежные СОТС на одном из технологичес;лх процессов - обточке с калибровкой пруткового материала.
Процесс изготовления калиброванной стали на автоматических линиях типа "Калов" и "Кизерлинг" включает в себя несколько операций механической обработки, каждая их которых выполняется с применением СОТС, различных по состав1; и свойствам. Калибровку обычпо проводят с применением жидких масляных или твердых смазочных составов. В масла обычно вводят неорганические кислоты для соадания на поверхности обрабатываемого прутка так называемого "подсмазочного" слоя. Применение твердых смазочных материалов ограничено главным образом по двум причинам, во-первых, вследствие низкой эффективности, во-вторых, из-за того, что на поверхности прутка остается непрореагировавшая смазка, которая при дальнейшей термической обработке вступает в химическое взаимодействие с металлом и вызывает потемнение поверхности.
На операции обточки, как правило, применяют водоэмульсионную СОГС. При выборе ее состава руководствуются лишь оценкой влияния смазки на данный технологический переход и не учитывают при этом получение поверхностью прутка "наследственных" трибологических характеристик, которые могут оказывать влияние на дальнейший процесс калибровки. Проблемы оптимального выбора СОТС в данном случае можно решить локально (за счет подбора технологической среды для калибровки). Есть и другой способ: при изготовлении калиброванного металла на автоматических линиях задачу применения СОТС решать комплексно, то есть бибирать Каждую из смазок таким образом, чтоби этот выбор бил обусловлен эффективностью не только данного технологического перехода, но и операции в целом.
Цель работы. На основе физшео-химических и триботехнических исследований выбрать для процесса изготовления калиброванного металла на автоматических линиях такую пару трибоактивных СОЮ для операций обчочки с калибровкой, которые бы обеспечили повышение производительности работы оборудования и повышение качества продукции. Разрабатываемые СОТС должныбыть малотоксичными и приемлемыми ш апологическим критериям.
Метода исследования. Проводились модельные испытания СОТС на операции сверления (измерение крутящего момента,'осевой нагрузки, работы резания, износа и стойкости инструмента, коэффициента утолшвния стружки). Триботехничепкия исследования процессов, про-
исходящих при трении с критическими нагрузками, выполняли на машине трения СМЦ-2. Исследование трибохимических реакций в условиях высоких давлений были проведены на трибометре ТАУ-І.
Изучение контактной поверхности деталей и инструмента после резания, трения и волочения в среде СОТС с присадками высокого давления (ВД) проведено электронномикроскопическим и рентгено-спектральным методами. После калибровки исследовали шероховатость поверхности, наличие остаточной смазки и хемосорбционных слоев химическими методами. Измерение поверхностного упрочнения при калибровке проводилось на микротвердомере ЛМТ-7. Также проводили исследование качества поверхности прутка после термической обработки и снятия напряжений в поверхностном слое.
С целью объяснения выявленных эффектов проведен цикл физико-химических экспериментальных исследований: измерение поверх-постного натяжения и вязкости растворов; измерение электродного потенциала поверхности при зачистке под раствором; оценка трибо-химической активности присадок методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) при термическом разложении; измерение коррозионной активности' водных растворов присадок.
Теоретические расчеты и статистическая обработка результатов исследований производились с помощью персонального компьютера, в том числе по разработанным автором вычислительным программам.
Научная новизна. Применен комплексный подход к выбору СОТС для многостадийных операций с несколькими технологическими средами.
Впервые предложено для условий комбинированной обработки обточкой с калибровкой осуществлять выбор СОТС по принципу управляемого формирования смазочного слоя. Граничный слой при этом формируется в 2 этапа: химический подслой образуется в ходе предварительной обработки, где зона резания служит своеобразным "химическим реактором". Необходимыми условиями образования оптимального подслоя служит состав СОТС, включающий присадку химического действия, и режим обточки. Наружная часть смазочного слоя формируется при прохождении прутка через ванну со второй СОТС -поверхностно-активной смазкой с высокой адгезией к поверхности.
В качестве присадки ВД для формирования "подсмазочного" и смазочного слоев предложено использовать фосфорорганические сое-
дшієнші ряда алкилфосфатов. В результате ряда физико-химических и технологических экспериментов произведен выбор типа и концентрации присадки ВД для формирования подслоя.
Практическая ценность.
Разработаны рекомендации по выбору оптимальной комбинации из двух СОТС для агрегатной обработки прутка - обточки с калибровкой;
- предложена серия тестов для оценки действия СОГС для исследуемого технологического процесса;
разработаны новые высокоэффективные технологические смазочные составы, рекомендуемые для обработки стального прутка аа автоматических линиях типа "Калов" и "Кизерлинг", которые позволяют повысить производительность более чем на 50 без ухудшения качества изделия.
Реализация работы. Разработаны СОТС для комплексной обработки металлов обточкой с калибровкой на автоматических линиях "Калов" и "Кизерлинг" для Орловского сталепрокатного завода АО "ОСПаЗ". Проведены производственные испытания применяемых смазочных составов. Разработана техническая документация на новую СОТС для калибровки "Калиброль И" и передана для организации промышленного производства на Ивановское объединение АО "ИВХИМПРОМ". Научно-методические разработки автора используются в учебном процессе на физическом факультете Ивановского государственного университета .
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Ивановского государственного университета 1992-1995 гг.;
международной научно-технической конференции "Смазочш-охлаудаюшие технологические средства дпя обработки материалов" - Херсон, 1992;
международной научно-технической . конференции "Смазочно-охлавдаюшие технологические средства при механической обработке заготовок vra различных материалов" - Ульяновск, 1990; II международнаи конференции по липтрогашм жидким кристаллам -Иваново, 1993;
российской научно-технической конференции "Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении" - Рыбинск, 1994;
I международной конференции "Современное состояние производства и применения смазочных материалов" - Фергана, 1994;
международной научно-технической конференции "Технология механообработки: физика процессов и оптимальное управление" - Уфа, 1994.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, обших выводов, списка литературы из 207 наименований, изложена на 115 страницах машинописного текста с 67 рисунками, 36 таблицами и I приложением на 6 листах.
