Содержание к диссертации
Введение
Глава1. Литературный обзор 11
1.1. Изнашивание быстрорежущего инструмента 11
1.2. Виды изнашивания 11
1.3. Применение СОТС для повышения стойкости инструмента 13
1.4. Виды СОТС и их действие на процессы механической обработки 16
1.5. Способы подачи СОТС 19
1.6. Ионизация СОТС 24
1.7. Современные понятия о механизме воздействия коронного разряда на процесс металлообработки 28
1.8. Использование распыленных ионизированных СОТС при обработке металлов 38
1.9. Действие ионизированной масляной СОТС на процессы контактного взаимодействия 43
1.10. Выводы и постановка задачи исследования 45
Глава 2. Материалы и методика проведения экс периментальных исследований 47
2.1. Материалы и общая методика исследований 47
2.2. Методы определения характеристик процесса резания и стойкости инструмента 51
2.3. Установка для активации и подачи СОТС 53
2.4. Выводы по главе 2 58
Глава 3. Изучение состояния зоны трибосопряжений при использовании активированной СОТС 59
3.1. Трибометрический стенд 59
3.1.1. Конструкция стенда 59
3.1.2. Режимы работы стенда 72
3.2. Изучение смазочной способности активированной масляной СОТС 73
3.2.1. Подготовка образцов 73
3.2.2. Режимы трения 73
3.2.3. Исследование коэффициента трения 76
3.3. Выводы по главе 3 84
Глава 4. Экспериментальные исследования процесса резания и стойкости инструмента 85
4.1. Стойкость инструмента 85
4.2. Исследование зон вторичных деформаций 90
4.3. Исследования шероховатости поверхности 93
4.4. Исследования усадки стружки 95
4.5. Выводы по главе 4 98
Глава 5. Теоретическое обоснование эффектив ности активированной СОТС и оптимизация тех нологии микродозированной подачи 99
5.1. Изменение физико-химических показателей масла при ионизации.. 99
5.2. Комплексный коэффициент эффективности 102
5.3. Выводы по главе 5 106
Основные выводы по работе... 107
Список использованной литературы 108
Приложение 124
- Применение СОТС для повышения стойкости инструмента
- Современные понятия о механизме воздействия коронного разряда на процесс металлообработки
- Методы определения характеристик процесса резания и стойкости инструмента
- Изучение смазочной способности активированной масляной СОТС
Введение к работе
Повышение экономичности машиностроения неразрывно связано с ростом эффективности металлообработки и снижения затрат, связанных с износом металлорежущего инструмента. Износостойкость режущего инструмента на операциях точения в немалой степени зависит от применяемого смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС). В современном машиностроении предъявляются повышенные требования не только к функциональным, но и к экологическим свойствам СОТС, так как СОТС должна не только улучшать работоспособность инструмента и качество обработанной поверхности, но и не должна оказывать техногенного влияния на обслуживающий персонал и окружающую среду. При изготовлении СОТС стремятся уменьшить количество минерального масла и минимизировать, а иногда и исключить эффективные, но опасные для здоровья некоторые неорганические и органические компоненты СОТС.
В настоящее время особого внимания заслуживает метод подачи сма-зочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в виде распыленных жидкостей, т.е. в виде воздухо-жидкостной смеси. Однако, порой эффективность действия таких СОТС не достаточна. Дополнительным методом повышения эффективности обработки могла бы стать активация среды электрическими разрядами. В настоящее время данные способы улучшения процессов механической обработки материалов активно развиваются для металлообработки.
Настоящая диссертация посвящена разработке и исследованию технологических возможностей метода активации воздушно-масляной струи коронным разрядом на процессах трения и точения.
Целью работы являлось повышение работоспособности быстрорежущего инструмента путем применения ионизации воздушного потока, содержащего в своем составе микродозы индустриального масла И-20А, коронным разрядом различной полярности.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Установлены закономерности по влиянию количества вводимого в воздушный поток масла И-20А на износ инструментов, качество обработанных поверхностей, усадку стружки и величину зон вторичной деформации.
Выявлена взаимосвязь концентрации масла И-20А в воздушном потоке и подаваемого потенциала на коронирующем электроде со стойкостью быстрорежущего инструмента.
Выявлены закономерности изменения физико-химических показателей масла И-20А при воздействии на него положительными и отрицательными ионами
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе выполненных исследований разработаны:
конструкция сопла-инжектора для подачи микродоз вязких жидкостей, как компонента СОТС для усиления смазочного эффекта ионизированного воздушного потока, направленно в контактную зону (приоритет по заявке на выдачу патента РФ №2005107878/02(009436)).
универсальный трибометрический стенд, позволяющий производить тонкие измерения момента трения, с выводом и последующей обработкой данных на компьютере.
технология и рекомендации по использованию в качестве СОТС ионизированного воздушного потока, имеющего в своем составе микродозы масла И-20А.
определены оптимальные режимы подачи ионизированного воздушно-масляного потока, обеспечивающие наибольшую износостойкость быстрорежущего инструмента
Рекомендации по использованию результатов работы переданы на государственное предприятие "Завод "Ивмашприбор"
Основные положения диссертации докладывались на научной конференции «Научно-исследовательская деятельность в классическом университете» (Иваново, 2003), научных конференциях студентов, аспирантов и мо-
лодых ученых «Молодая наука в классическом университете» (Иваново, 2003 и 2004), межвузовских семинарах «Физика, химия и механика трибосистем» (Иваново 2003, 2004, 2005, 2006), на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Москва 2005), на 1-ом научно-практическом семинаре «Техника и технологии трибологических исследований» (Иваново 2006).
Основные теоретические положения и результаты исследований опубликованы в 5 статьях и 4 тезисах докладов. Приоритет по заявке на выдачу патента РФ №2005107878/02(009436):
Комельков В.А., Наумов В.Н. Трибометрический стенд для определения смазочных свойств СОТС// Физика, химия и механика трибосистем. Вып. 3. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2004. 0,13 п.л.
Комельков В.А., Корчагин А.В. Исследование смазочной способности активированного масла И-40А // Молодая наука в классическом университете. Тезисы докладов науч. конференции, Иваново: Иван. гос. ун-т, 2005 - Ч. 1. 0,13 п.л.
Комельков В.А., Бахарев П.П. Влияние активации микродоз воды на работоспособность быстрорежущего инструмента при обработке металлов // Вестник молодых ученых ИвГУ. Иваново: Иван. гос. ун-т. 2005. Вып. 5. 0,25 п.л.
Комельков В.А., Наумов А.Г., Корчагин А.В. Изменение трибологических характеристик масла И-20А под действием коронного разряда // Физика, химия и механика трибосистем. Вып. 4. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2005. 0,25 п.л.
Комельков В.А., Наумов А.Г. Использование микродоз, активированных ионизацией, в качестве смазочного материала при трении // Межвузовская научно-техническая конференция аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск - 2005) ИГТА, 2005-4.2.0,13 п.л.
Комельков В.А., Наумов А.Г., Корчагин А.В. Исследование влияния коронного разряда на изменение смазочной способности индустриального масла И-20А // Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудования текстильной промышленности» (Москва. Текстиль 2005, МГТУ им. Косыгина). 0,06 п.л.
Комельков В.А., Бахарев П.П. Влияние электрически активированной воздушной среды на работоспособность инструмента и качество обработанной поверхности // Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудования текстильной промышленности» (Москва. Текстиль 2005, МГТУ им. Косыгина). 0,13 п.л.
Комельков В.А., Латышев В.Н., Наумов А.Г. Влияние микродоз масла И-20А на эффективность ионизированной воздушной СОТС. // Металлообработка. 2006. № 4 (34) 0,25 п.л.
Комельков В.А., Латышев В.Н., Наумов А.Г. Автоматизированный трибометрический стенд // Физика, химия и механика трибосистем. Вып. 5. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2006. 0,2 п.л
Комельков В.А., Латышев В.Н., Наумов А.Г. Способ подачи СОТС. Приоритет от 21.03. 05 по заявке на выдачу патента РФ №2005107878/02(009436).
Работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы и трех приложений.
Во введении обоснована актуальность проблемы, обозначена цель исследования, определены методические и теоретические основы работы, изложена научная новизна и практическая ценность.
В первой главе содержится аналитический обзор научно-технической литературы, касающейся вопросов изнашивания быстрорежущего инструмента, а так же повышения работоспособности этого инструмента. Рассматриваются методы активации СОТС и их влияние на процессы механической
обработки. Большое внимание уделяется методам подачи масляных СОТС в зону резания.
Вторая глава посвящена разработке соплового устройства для дозированной подачи вязких жидкостей в малых объемах и последующей активацией этого потока, а также материалам и методикам проведения экспериментальных исследований.
Третья глава посвящена разработке трибометрического стенда для исследования смазочной способности СОТС, а так же определению коэффициентов трения различных металлов в ионизированных воздушно-масляных средах.
Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов резания, стойкости инструмента и качества обработанных поверхностей.
Пятая глава содержит теоретическое обоснование эффективности активированной масляной СОТС, а так же оптимизации технологии микродо-зированной подачи СОЖ.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю доктору технических наук А.Г. Наумову; член-корр. Академии технологических наук РФ, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, д.т.н., профессору В.Н. Латышеву; преподавателям и сотрудникам кафедры экспериментальной и технической физики ИвГУ к.т.н., доц. В.В. Новикову, доц. Н.М. Оношину, инж. А.Н. Прибылову, СЕ. Невской, И.В. Муравьевой
Применение СОТС для повышения стойкости инструмента
Одним из основных видов борьбы со всеми видами износа инструмента является применение СОТС. Использование СОТС обеспечивает отвод теплоты от режущего инструмента и заготовки, уменьшает энергетические затраты на упруго-пластические деформации, уменьшает трение между передней поверхностью резца и стружкой, между задней поверхностью резца и заготовкой, а также облегчает процесс стружкообразования. Процесс резания металлов с использованием СОТС сопровождается рядом физико-химических явлений, происходящих на кот актируемых поверхностях обрабатываемого материала и режущего инструмента. По мнению автора работы [74] действие смазочного материала при резании металлов протекает по радикально-цепному механизму, заключающемуся в следующем: в процессе резания вскрываются физически чистые ювенильные поверхности, эмитирующие электроны и кванты света, которые бомбардируют молекулы СОТС с последующим образованием свободных атомов и химических радикалов. Последние вызывают цепные реакции. Так, например, взаимодействие экзоэлектронов с парами воды выглядит следующим образом [74]: В результате взаимодействия гидроксильных радикалов образуется перекись водорода, эффект которой обусловлен способностью выделять активный кислород: где е - электрон, эмитируемый ювенильной поверхностью стружки; Н20 , 02 - возбужденные молекулы воды и кислорода; Н., ОН., О. - химические радикалы. Образование химических радикалов может также происходить под действием различного рода излучений, термического пиролиза, ионизирующих излучений, вследствие прохождения электрического тока через СОТС. При низких температурах ювенильные поверхности имеют свободные валентности, и поэтому образование радикалов может происходить посредством механического разрушения молекул: где v - свободная валентность на ювенильной поверхности; 02 - молекула адсорбированного кислорода; vOO - перекисный химический радикал.
Высокая реакционная способности химических радикалов обеспечи вает образование защитных пленок, которые уменьшают силы резания, экра нируют адгезию между трущимися поверхностями, способствуют отводу теплоты от зоны контакта и тем самым уменьшают износ режущего инструмента. Активная защитная роль оксидных пленок в большей степени определяется контактной температурой. При низких температурах толщина пленки 8 изменяется по логарифмическому закону [103]: где 8 - постоянная предельная величина; К - постоянная скорости гетерогенной реакции; S - поверхность раздела, 1 см; t - время. При высоких температурах, когда кислород в пленке обладает высокой диффузионной способностью, толщина пленки возрастает по линейному закону: где D - коэффициент диффузии, р - плотность оксида, М - молекулярная масса оксида, С - концентрация кислорода по толщине пленки. Путём применения СОЖ можно существенно повысить экономичность механической обработки. В некоторых случаях применение эффективной технологической среды является единственным техническим средством, обеспечивающим возможность нормального резания. Решение вопросов применения СОЖ и других сред при резании металлов осуществляется двумя путями: синтезированием эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей и разработкой новых способов подачи их в зону резания, путём создания новых технологических сред. Тз
Эффективность какого-либо метода или технологической среды мо жет оцениваться коэффициентом увеличения стойкости инструмента К представляющим собой отношение стойкости режущего инструмента Треж, при применении какой-то і-той среды или выбранного какого-то і-того метода её подачи, к стойкости режущего инструмента на той же технологической операции и при том же режиме резания, в среде атмосферного воздуха Твозд. Здесь видно, что чем эффективнее среда или метод, тем больше значение этого коэффициента [101]. Применение СОЖ обычно обеспечивает увеличение стойкости режущего инструмента в 1,5 - 2,0 раза. Соответственно этому и коэффициент увеличения стойкости имеет значения Кт = 1,5 - 2,0 в зависимости от химического состава, свойств и активности действия смазочно-охлаждающей жидкости. Наиболее часто в качестве внешних сред, благотворно влияющих на процесс резания и изнашивания режущих инструментов, издавна применяются различные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Первые исследования влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания и качество обрабатываемой поверхности проведены в нашей стране в начале 20-го века [101]. По своему составу и виду основы смазочно-охлаждающие жидкости подразделяются на три группы: масляные жидкости, водные эмульсии минеральных масел и синтетические жидкости [101]. Масляные СОЖ представляют собой минеральные масла, в которые добавлены антифрикционные, антиадгезионные, противозадирные и другие присадки и ингибиторы коррозии. Активными (режущими) присадками служат масла и жиры растительного и животного происхождения и вещества, содержащие фосфор, хлор, серу. Общий объём присадок в "масляных СОЖ может доходить до 40%. Водные эмульсии минеральных масел приготавливаются из воды и эмульсолов. Содержание эмульсола в воде обычно бывает от 2 до 10%, в зависимости от вида выполняемой операции и напряжённости режима резания. В состав эмульсолов входят: минеральное масло, эмульгаторы, ингибиторы коррозии, бактерицидные, антиизносные, антипенные и другие присадки. При смешивании эмульсола с водой образуется непрозрачная эмульсия молочно-белого цвета. Синтетические СОЖ представляют собой водные растворы водорастворимых полимеров, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ингибиторов коррозии. Смазочно-охлаждающие жидкости, подаваемые в зону резания, оказывают смазочное, охлаждающее и моющее действия. Роль и значение каждого из этих действий зависят от вида операции механической обработки и свойств обрабатываемого и инструментального материалов. Моющее действие СОЖ заключается в образовании на мелких частицах стружки, нароста и продуктах износа адсорбционных плёнок, препятствующих их слиянию. В результате частицы легко уносятся струёй СОЖ, что приводит к уменьшению абразивного износа режущего инструмента. Охлаждающее действие СОЖ проявляется, как в поглощении уже выделившейся теплоты, так и в устранении или уменьшении причин её выделения. Уменьшение температуры в зоне резания и охлаждение режущего инструмента способствуют сохранению режущих свойств инструмента и износостойкости инструментального материала.
Современные понятия о механизме воздействия коронного разряда на процесс металлообработки
Природа повышения стойкости режущего инструмента в присутствии коронного разряда до конца не изучена. Существует ряд гипотез, объясняющих причину увеличения стойкостных характеристик инструмента.
В работе [б] положительное влияние от использования коронного разряда на операциях точения объясняется охлаждающим эффектом, т.е. увеличением коэффициента теплопередачи среды резания. Это приводит к снижению температуры на режущей кромке инструмента и поверхностях обрабатываемого металла.
В ионизированном газе перенос тепла осуществляется как за счет нейтральных, так и за счет заряженных частиц. Вклад в теплопроводность положительных ионов относительно невелик, поскольку значения энергии, переносимой нейтральными молекулами и положительными ионами сопоставимы. Вклад в теплопроводность электронов гораздо выше, поскольку их скорость значительно превышает скорость тяжелых частиц. Теплопроводность ионизированного воздуха увеличивается с ростом температуры.
Авторы работы [8] И.Д. Ахмедзянов, В.И. Ильин, В.Г. Кирий связывают повышение стойкости режущего инструмента с изменениями структурного состояния рабочей поверхности резца под действием коронного разряда. Металлографические и рентгеноструктурные исследования быстрорежущей стали марки Р6М5 и твердого сплава марки ВК8, подвергнутых воздействию коронного разряда, показали, что на рабочих поверхностях формируются частицы новой фазы монокристаллического строения.
Кроме того, этими же авторами в восьмидесятых годах были проведены стоикостные испытания, где в качестве в качестве СОТС использовался воздушный поток, ионизированный коронным разрядом. В результате было установлено: 1) при резании в потоке ионизированного воздуха стойкость резцов увеличилась в два раза по сравнению со стойкостью при резании в потоке нейтрального воздуха; 2) применение коронного разряда обеспечило более стабильное дробление стружки, что объяснялось ее охрупчиванием в результате образования нитридов;
Ученые В.Н. Латышев, В.В. Подгорков, А.Е. Солодихин, В.Н. Поду-раев придерживаются гипотезы значительного влияния ионизированной среды на уменьшение трения между рабочими поверхностями инструмента, обрабатываемого материала и стружки, за счет образования оксидных пленок. По данным авторов, ионизация такого воздуха способствует образованию значительного количества гидроксильных радикалов. В результате их взаимодействия образуется перекись водорода, положительный эффект которой в процессах резания обусловлен способностью выделять активный кислород: где е - электрон, эмитируемый ювенильной поверхностью стружки; Н20 , 02 - возбужденные молекулы воды и кислорода; Н., ОН., О. - химические радикалы.
Принцип работы установок для повышения работоспособности режущего инструмента заключается в активации коронным разрядом воздушной струи, подаваемой в зону резания. В этих установках по-разному решены проблемы зажигания коронного разряда и подачи воздушной струи. Различные варианты таких установок в настоящее время широко используются как в России, так за рубежом (рис. 1.3-1.7), а сам принцип применения ионизированных и озонированных сред в качестве СОТС при обработке металлов резанием запатентован в различных странах мира (Россия, США, Япония, Швеция).
В 70 годах японскими исследователями запатентовано устройство для охлаждения зоны резания посредством коронного разряда [146]. Разряд возникает в неоднородном поле между катодом - иглой и охлаждающейся поверхностью инструмента. Катод помещен в концентрический цилиндр диаметром 30 мм из диэлектрического материала. Образующиеся в результате разряда электроны фокусируются магнитным полем, наведенным электромагнитным кольцом, которое находится между электродом высокого потенциала и поверхностью инструмента в цилиндрическом корпусе. Испытания устройства охлаждения при точении стали, содержащей в своем составе никель, хром, молибден, показали, что износ инструмента уменьшается в среднем на 40% по сравнению с резанием в отсутствии коронного разряда.
Способ механической обработки с воздействием ионизированной газовой среды ИГС нашел эффективное внедрение на ряде предприятий при изготовлении большого количества деталей из различных материалов. Стойкость инструментов повысилась при этом в 1.5 - 2 раза, а производительность - в 1.3 -2 раза. Установки, разработанные на основе метода СЭО, успешно опробованы на заводах: ЧСФР при продольном точении стальных колец подшипников, подрезке их торцов и уступов, а также при обработке бронзовых втулок. В СССР - успешное его внедрение на ОАО "Челябинский тракторный завод" на операциях зубофрезерования [103].
Во всех примерах внедрения отмечено, что применение метода СЭО приводит к значительному улучшению условий резания, а именно: к устойчивому стружкодроблению (в отличие от сливной стружки, характерной для традиционных методов обработки), снижению рабочих температур (на сходящей стружки отсутствуют цвета побежалости), повышению качества обработанных изделий.
Методы определения характеристик процесса резания и стойкости инструмента
Эксперименты по определению работоспособности инструмента из быстрорежущей стали и качества обработанной поверхности проводились на токарно-винторезном станке мод. 16К20. Подача S равнялась 0,1 мм/об, глубина резания t - 0,5 мм.
Определение стойкости режущего инструмента при различных условиях точения проводилось при помощи замера износа по главной поверхности резца с помощью МПБ-2 через равные промежутки времени. За критерий износа, при котором эксперимент заканчивался, было принято считать его критическую величину равную 0,6 мм.
Шероховатость поверхности обработанного материала измерялась профилографом - профилометром «Абрис» рис. 2.2, снабженным программным обеспечением. Измерение параметров шероховатости и поверхности производилось по системе средней линии в соответствии с номенклатурой и диапазоном значений, в соответствии с ГОСТ 2789-73. Измеряемые параметры шероховатости: среднеарифметическое отклонение профиля R а высота неровностей профиля R Z; средний шаг неровности профиля S т, Диапазон измерений по параметрам на базовых длинах 0,25...2,5 мм представлены в таблице 2.2.
Активация воздушной среды осуществлялась специально сконструированной установкой посредством электрических разрядов. Для получения ионизированного воздуха применялся прибор (ионизатор) рис.2.3, принцип работы которого заключался в зажигании коронного разряда [12].
Ионизатор состоит из блока питания, рассчитанного на сетевое напряжение 220 В, и сопла, внутри которого расположен рабочий электрод. Универсальность прибора в том, что он способен генерировать коронный разряд как отрицательной, так и положительной полярности. Кроме того, ионизация воздушного потока осуществляется без дополнительного привлечения нагнетательных систем. Ионизатор снабжен регулирующими устройствами, которые позволяют плавно изменять напряжение коронирующего электрода от 0 до 17 кВ и давление ионизируемого воздушного потока ох 0 до 0,5 105Па. Ток заряженных частиц, также фиксируемый прибором, зависит от напряжения коронирующего электрода и лимитируется 100 мкА. Усиление смазочной способности активированной воздушной среды посредством привнесения в зону резания сжатого воздуха и воздуха обогащенного микродозами индустриального масла И-20А требует разработки специфической сопловой насадки. Поток на выходе из сопловой насадки должен иметь как можно меньший угол разлета с целью точечного попадания в зону резания. С целью добиться максимальной концентрации воздушного потока в зоне резания при прохождении его через сопло, проводились эксперименты по определению наиболее эффективных геометрических параметров сопловой насадки, а также рабочих режимов подачи воздуха, а именно давления на входе в сопло воздушной струи и угла рассеяния потока воздуха сопловой насадкой. Угол рассеяния определялся по диаметру пятна рассеяния на мишени, в зависимости от расстояния от сопла.
Для введения в ионизированный воздушный поток микродоз индустриального масла И-20А на базе ранее разработанного сопла [12] было доработано сопло-насадка для ионизатора, которое служит для точной и дозированной подачи вязких смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) рис. 2.4. Через резервуар с жидкостью 3 пропущена трубка 2 диаметром 1 мм, имеющая внутри резервуара отверстие диаметром 0,5 мм. На в ходе и выходе из резервуара на трубке установлены регулировочные краны 4, которыми регулируется расход подаваемой жидкости. Для уравновешивания давлений в корпусе ионизатора и резервуара, имеется соединительный канал 5, с регулирующим краном 9. При прохождении воздуха через канал 2 происходит его перемешивание с жидкостью, которая попадает через отверстие в этом канале из резервуара. Образующаяся при этом смесь жидкости с воздухом поступает в сужающуюся часть сопла, где происходит окончательная диспергация подаваемой жидкости. Далее проводилась тарировка расхода жидкости от положения регулирующих кранов. При фиксированных положениях кранов установка работала в течение двух часов, после чего весовым методом определялся расход подаваемой жидкости. В нашем случае установка была про-тарирована для подачи индустриального масла И-20А.
Для определения оптимального давления на входе в сопло был проведен эксперимент, в котором исследовалась зависимость расхода масла от входного давления воздуха при неизменных положениях регулировочных кранов 10, 11. График данной зависимости представлен на рис. 2.5, из которого видно, что наименьший расход соответствует давлению 1 атм. Так же это давление соответствует максимально дисперсному распылению масляной СОТС (размеры частиц от 5 до 15 мкм.). Сравнительные эксперименты по распределение СОТС по поперечному сечению воздушной струи на расстоянии 100 мм от выходного сечения сопла с ранее проведенными исследованиями [12] показали, что разработанное сопло-насадка имеет меньший угол рассеивания аэрозольных, маслосо-держащих СОТС рис. 2.6.
Изучение смазочной способности активированной масляной СОТС
Исследования проводились при подаче в зону трения ионизированного воздуха различного знака и значения потенциала, содержащего в своем составе микродозы индустриального масла И-20А расходом 0,2, 0,5 и 1 г/час. Ионизатор со специально разработанной насадкой размещался на установке как показано на рис. 3.11. Эксперименты проводились по схеме указанной в таблице 3.2. Нагрузка в эксперименте добавлялась ступенчато. На каждой ступени нагружения после стабилизации момента трения, на трибограмме прописывался участок равный 3t времени стабилизации (за исключением трения с заеданием). По которому и высчитывалось среднее значение момента трения на соответствующей ступени. На рис. 3.12 приведен пример трибо-граммы полученной при исследовании смазочных свойств индустриального масла И-20А подаваемого в зону трения методом частичного погружения исследуемого образца. В процессе проведения исследований для различных материалов использовались следующие параметры для маятников: - сталь 45 - маятник длинной 60 мм и массой груза 35 г; - алюминиевый сплав АМг2 - маятник длинной 80 мм и массой груза 35 г; - титановый сплав ВТ1-0 - маятник длинной 80 мм и массой груза 35 г; - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т - маятник длинной 100 мм и массой груза 35 г. Скорость в зоне трения составляла 0,5 м/с, площадь пятна контакта для данной пары трения определялась экспериментально и составила 2 мм . Давление в контактной зоне рассчитывалось по формуле: где Р - контактное давление, МПа; Е - модуль Юнга,ГПа; 1 - ширина контакта, м; R - радиус диска, м. Ступенчатое нагружение F = 3,6; 7,2; 10,8; 14,4; 18Н Данные по определению коэффициента трения для ионизированного воздуха содержащего в своем составе микродозы индустриального масла И-20А различных концентраций приведены в таблице 3.3. Из проведенных экспериментов установлено, что максимальный смазочный эффект от применения ионизированного воздуха с микродозами масла И-20А наблюдается на стали 45. На рис. 3.13 показана трибограмма момента трения стали 45. На первой части трибограммы (а) показан процесс трения всухую при нагрузке 2,6 МПа. Средняя часть трибограммы (б) соответствует подаче в зону трения распыленного масла И-20А с расходом 0,5 г/час при нагрузке 3,6 МПа. На третьей части трибограммы (в) трение с подачей в зону ионизированного воздуха с микродозами масла И-20А с расходом 0,5 г/час и значением на коронирующем электроде -9 кВ при нагрузке 3,6 МПа.
Из представленной трибограммы видно, что применение ионизированного воздуха с включением микродоз масла И-20А не только уменьшает момент трения, но и улучшает динамику процессов контактного взаимодействия стабилизируя его. Эксперименты по определению смазочной способности ионизированной воздушно-масляной среды показали, что применение таких СОТС позволяет понизить момент трения для стали 45 в 0,75 - 1,5 раз по сравнения с трением в масле методом частичного погружения. Подобная картина наблюдается и при других значениях на коронирующем электроде, и при использовании других материалов. По всей вероятности, это объясняется тем, что ионизированный воздух во-первых, оказывает влияние на химически активные поверхности трения, образуя оксидные пленки, а во-вторых ионизированный воздух действует на саму структуру масла И-20А, изменяя ее. На рис. 3.14 приведена гистограмма шероховатости поверхностей трения, из которых видно, что введение в поток ионизированного воздуха микродоз масла И-20А значительно уменьшает шероховатость поверхности. Фотографии поверхностей трения приведены на рис. 3.15. Применение ионизированной воздушно-масляной среды в качестве смазки при трении, позволило не только уменьшить коэффициенты трения, но значительно снизить шероховатость поверхности трения. Так при подаче ионизированного воздуха с включением микродоз индустриального масла И-20А расходом 0,5 г/час и напряжением -9 кВ на коронирующем электроде, шероховатость уменьшается в 2 раза по сравнению с трением в масле И-20А.
