УМЕНЬШЕНИЕ РАСХОДА СМАЗОЧНО – ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

 

Блурцян Д.Р. (МИ ВлГУ, г.Муром, РФ)

 

Dependence of pressure of the cooling liquid in a zone of processing from the charge of the liquid is investigated. The given method of internal grinding allows to improve an ecological situation at machine-building factories and to lower industrial expenses due to reduction of the charge of the cooling liquid to 2 litres/minute.

 

В зарубежном машиностроении наметилась тенденция к уменьшению доли шлифовальных операций, выполняемых с использованием больших объемов и расходов смазочно – охлаждающей жидкости (СОЖ). Это связано с тем, что современные СОЖ достаточно дороги как при приобретении, так и при их эксплуатации и последующей утилизации. Кроме того, современные СОЖ представляют собой сложный многокомпонентный продукт, включающий в себя значительное количество химически и биологически активных добавок на основе серы, хлора, фосфора, азота, поверхностно-активные вещества, хладагенты, антикоррозионные и моющие добавки, антивспениватели, биоциды и др., существенно ухудшающие экологическую ситуацию на производстве.

Многолетние исследования огромного числа ученых, также как и практика использования СОЖ при шлифовании убедительно доказывают, что действие СОЖ в наибольшей степени проявляется только при условии ее проникновения непосредственно в зону взаимодействия вновь образующихся на заготовке, круге и стружке поверхностей. Использование избыточного количества СОЖ не приводит к дополнительным положительным результатам, а лишь повышает производственные расходы. Поэтому несомненный научный и практический интерес представляют исследования, направленные на определение условий своевременного и надежного транспортирования СОЖ к образующимся при шлифовании ювенильным поверхностям при использовании минимально необходимых расходов СОЖ.

Анализ механизмов смазывающего, смачивающего и проникающего, охлаждающего, моющего, режущего и пластифицирующего действия СОЖ, позволяет сделать вывод о том, что для повышения эффективности действия СОЖ необходимо повышать ее давление и скорость течения в зонах контакта абразивных зерен и металла заготовки. Отмечается, что при шлифовании без СОЖ взаимодействие абразивного инструмента и заготовки происходит в более экстремальных условиях, чем при шлифовании с СОЖ. В отсутствие защитных пленок и ряда эффектов, обеспечиваемых при использовании СОЖ, значительно интенсифицируются контактные физико – химические явления. Под воздействием высоких температур и давлений в зоне резания происходит адгезионное схватывание абразива с обрабатываемым материалом, взаимная диффузия химических элементов, увеличение работы трения связки и абразивных зерен с обрабатываемой заготовки и, как следствие этого, разупрочнение и разрушение абразивных зерен, а также формирование поверхностного слоя детали с неблагоприятными эксплуатационными характеристиками.

Существует достаточно большое разнообразие в схемах и методах доставки СОЖ к контактирующим поверхностям круга и заготовки.

Экспериментально установлено, что шлифовальный круг на керамической связке обладает хорошей венти­лирующей способностью. Из-за значительной шерохова­тости его поверхностей создаются вихревые воздушные потоки, препятствующие проникновению СОЖ в зону шлифования. Возможности подвода СОЖ в зону резания в основном определяется смачиваемостью поверхности детали жидкостью, ее за­тягиванием вследствие капиллярного эффекта и микро­вибраций высокой частоты, а также благодаря некото­рым гидродинамическим явлениям, аналогичным явле­ниям в гидравлическом клине.

При подаче СОЖ гидроаэродинамическим способом энергия воздушных потоков, созда­ваемых вращающимся кругом, исполь­зуется для повышения скорости дви­жения жидкостного потока относи­тельно рабочей поверхности круга и шлифуемой заготовки. С помощью специальных устройств активированный поток СОЖ направляется на ра­бочую поверхность круга в область его контактирования с заготовкой. Известно достаточно много разновидностей гидроаэродинамического способа подвода СОЖ и множество конструкций кожухов, торцевых насадков и т.п., позволяющих разгонять СОЖ за счет вращения инструмента и одновременно перемещать ее к зоне обработки. Важнейшей положительной особенностью данных способов является то, что повышение скорости движения СОЖ относительно заготовки, обеспечивается за счет использования самого вращающегося абразивного круга. Общим недостатком известных конструкций является то, что, несмотря на разгон СОЖ практически до скоростей резания, они не обеспечивают гарантированной транспортировки СОЖ ко вновь образующимся ювенильным поверхностям заготовки.

При подаче СОЖ напорной струей давление жидкости в соплах насадок повышают до 1,0-1,5 МПа, а при скоростном и силовом шлифовании до 130-150 МПа и более. Однако указанные значения давления являются давлением жидкости в соплах, а не в зоне взаимодействия круга и заготовки, что совсем не одно и то же. Использование повышенного давления СОЖ в соплах позволяет повысить скорость движения по­тока СОЖ относительно заготовки, что интенсифицирует от­вод тепла от шлифуемой заготовки и облегчает преодоление воздушных потоков, генерируемых вращающимся инструментом, но не гарантирует надежного попадания СОЖ в зону резания.

Значительным преимуществом подвода СОЖ через поры круга является то, что при использовании небольшого количества СОЖ последняя в виде химически и физически связанной жидкости достигает зоны непосредственного контакта абразивных зерен и шлифуемого материала.

Различными авторами отмечается, что использование метода подвода СОЖ через поры круга обеспечивает снижение контактной температуры в 2 раза и повышение производительности обработки в 1,3 – 1,8 раз при использовании бесприжоговых режимов обработки.

Однако существует ряд недостатков, препятствующих широкому распространению метода подвода СОЖ через поры в инструменте:

1.     Требуется значительная модернизация шлифовального оборудования.

2.     В связи с вытеканием жидкости на торцевую поверхность в центральном сечении круга выделяется больше жидкости, чем у кромок круга. Вследствие этого на участки, на которых происходит наиболее интенсивный съем металла поступает меньшее количество охлаждающей жидкости.

3.     Необходима тщательная очистка СОЖ, т.к. при засорении пор эффективность охлаждения снижается и возможно возникновение дисбалансов абразивного инструмента.

Разработанные способы [1, 2] внутреннего шлифования сборным абразивным инструментом позволили решить большинство из указанных проблем и обеспечили существенное повышение давления СОЖ в зоне обработки и скорости ее движения относительно шлифуемой поверхности заготовки. Наилучшие результаты были получены при соосном расположении круга и заготовки с образованием вокруг них проточной емкости для СОЖ.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что для обеспечения давления СОЖ в зоне обработки порядка 0,2 – 0,6 МПа при новой технологии внутреннего шлифования достаточен расход СОЖ, не превышающий 2 л/мин (см. рис). Увеличение частоты вращения круга приводит к пропорциональному повышению давления СОЖ во всем исследованном интервале частот вращения абразивного инструмента до 7 500 мин^-1.

Рисунок - Зависимость давления СОЖ в зоне обработки от расхода СОЖ

 

Литература

1.         А.с. №1366319 СССР Способ внутреннего шлифования/ В.Г.Гусев, Д.Р.Блурцян. - Б.И., 1988.- №2.

2.         Патент РФ №2182531 Способ внутреннего шлифования/ Д.Р.Блурцян, В.Г.Гусев, Ю.В.Трифонова, И.Р.Блурцян. - Б.И., 2002.- №14.