ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭМУЛЬСИИ НА ИХ СВОЙСТВА

RESEARCH OF THE INFLUENCE OF MECHANICAL TREATMENT MODES OF EMULSIONS ON THEIR PROPERTIES

Elena Bashmakova

Ph.D. tech. Sciences, Associate Professor, Ivanovo State Energy University named after V.I. Lenin,

Russia, Ivanovo

Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) предназначены для смазки поверхностей трения, охлаждения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки, облегчения процесса деформирования металла, своевременное удаление из зоны резания стружки и продуктов износа инструмента, а также для временной защиты изделий и оборудования от коррозии.

Современные СОТС - это неотъемлемая часть всего комплекса средств, обеспечивающего эффективную эксплуатацию металлорежущего оборудования, режущего инструмента, а также в значительной мере влияют на качество изделий, снижают силы резания и потребную мощность. Следовательно, такие вопросы, как физико-химические свойства СОТС требуют особого внимания и должны быть достаточно изучены.

Цель данного исследования получить технологические жидкости с требуемыми свойствами и дисперсной структурой, которые обладают высокими показателями долговечности в реальных условиях их работы.

Наиболее сложна и трудоемка технология приготовления водных эмульсий СОТС, включающая водоподготовку и перемешивание (диспергирование) компонентов. В связи с этим исследование направлено на изучение процесса перемешивания эмульсий с помощью специального гидродинамического кавитационного смесителя циркуляционного типа с элементами механохимической активации [1, 2]. Эффективность применения данного смесителя обеспечивается за счет интенсивной турбулизации потоков жидкости и создания дополнительных ускоренных потоков.

Исследование влияния механического воздействия при приготовлении эмульсии на их свойства осуществлялся в двух направлениях:

– разные режимы смешивания эмульсии;

– разные режимы механического воздействия на воду, используемую для приготовления эмульсий.

Первое, на что направлено исследование – это изучение влияния режимов смешивания эмульсий на их дисперсность. Дисперсность СОТС оказывает большое влияние на устойчивость эмульсий, на их проникающую способность при металлообработке и на их трибологические свойства. Так, при увеличении дисперсности (раздробленности) возрастает величина удельной поверхности дисперсных систем, что приводит к резкому росту избыточной поверхностной энергии на межфазной поверхности и интенсификации протекающих на ней процессов. На рис.1. приведены результаты определения дисперсности эмульсий, полученных при различной степени смешения, и для сравнения приведена дисперсность эмульсии, не обработанной в смесители.

Полученные результаты говорят о том, что различные режимы смешивания влияют на дисперсность эмульсии. Представленные зависимости распределения размера капель эмульсии от скорости смешивания показывают, что размер капель уменьшается при увеличении скорости смешивания. Так же, при смешивании с одинаковой скоростью, на размер частиц, оказывает влияние время обработки.

Рисунок 1. Функции распределения частиц эмульсии: V_в) V_в=982 об/мин, время обработки воды (Т_в) T_в=15 мин; эмульсия не обрабатывалась в смесители; б)  эмульсия на приготовленной воде, V_в =982 об/мин, T_в =15 мин; скорость обработки эмульсии (V_э) V_э=982 об/мин, время обработки эмульсии (Т_э) T_э=2 мин; в) эмульсия на приготовленной воде, V_в=982 об/мин, в T_в=15 мин; V_э=982 об/мин, T_э=4 мин; г) эмульсия на приготовленной воде, V_в=982 об/мин, T_в=15 мин; V_э=982 об/мин, T_э=6 мин; в) эмульсия на приготовленной воде, V_в=982 об/мин, T_в=15 мин; V_э=982 об/мин, T_э=8 мин; г) эмульсия на приготовленной воде, V_в=982 об/мин, T_в=15 мин; V_э=982 об/мин, T_э=10 мин.

В результате анализа технологии приготовления эмульсии выявлено, что при применении специального смесителя образуются стабильные, более дисперсные фазы. При выборе способа приготовления эмульсии целесообразно применять метод, где осуществляется предварительная обработка воды. Данный способ позволяет получать более дисперсные эмульсии и сокращает время обработки в смесителе.

Дальнейшие исследования были направлены на изучения вязкости СОТС в зависимости от режимов механической обработки эмульсии.

Под вязкостью жидкости подразумевается ее внутреннее трение, т.е. ее сопротивление сдвигу, механическому перемешиванию или истечению. Вязкость оказывает большое влияние на трибологические свойства СОТС.

В данной работе эмпирически исследуется зависимость между вязкостью эмульсии и дисперсностью внутренней фазы.

При изучении вязкости, эмульсии подвергаются механической обработке с разными скоростными и временными режимами. Результаты подтверждают, что вязкость исследуемых эмульсий падает с ростом времени и скорости обработки.(рис. 2).

а                                                                                                        б  

Рисунок 2. Вязкость эмульсии:

Вероятно, уменьшение вязкости при интенсивном перемешивании связано с диспергированием компонентов, входящих в состав технологической жидкости. Тонкодисперсные эмульсии более вязки, чем грубодисперсные, при одинаковых значениях концентрации.

Технологические жидкости на масляной основе имеют высокую вязкость, что обеспечивает лучшие смазывающие действия, одновременно с этим высокая вязкость снижает вибрацию режущего инструмента, при обработке металлов резанием. Однако высокая вязкость ухудшает моющие и охлаждающие действия технологической жидкости. Все это вызывает необходимость выбора оптимальной вязкости жидкости. Вязкость также свидетельствует о консистенции и подвижности жидкости, что необходимо знать при решении вопросов транспортирования, применения и затаривания.

Так же установлено, что характерным отличием гомогенизированной эмульсии является их способность восстанавливать первоначальные реологические характеристики после умеренного механического воздействия. Причина этого кроется в том, что гомогенизация предотвращает образование множественных эмульсий.  Слишком энергичное воздействие (высокие скорости или длительное время воздействия) вызывает сильную коалесценцию капелек, и образующиеся крупные капли в дальнейшем уже не диспергируются. Поэтому слишком сильное воздействие ведет к необратимым изменениям.

Следовательно,  выбор режимов механического воздействия является важной задачей при создании эффективных технологических жидкостей.

Список литературы:

1. Влияние способа перемешивания технологических жидкостей на их структуру / В.В. Марков, Е.В. Киселева // Вестник ИГЭУ. — 2009. — Вып. 3. — С. 38—40
2. Киселева, Е.В. Разработка эффективной технологии приготовления смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов / Е.В. Киселева // Вестник ИГЭУ. – Вып. 2. – Иваново, 2010. – 60 с.