СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ

LUBRICATING AND COOLING FLUIDS IN HIGH-SPEED METAL MACHINING

Amirkulov Aidos Rakhatovich

4th-year student, Department of Mechanical Engineering, Akhmet Baitursynuly Kostanay Regional University

Republic of Kazakhstan. Kostanay

Zhantugulov Talgat Zhaksubaevich

scientific adviser, Senior Lecturer, Department of Mechanical Engineering, Akhmet Baitursynuly Kostanay Regional University,

Republic of Kazakhstan. Kostanay

АННОТАЦИЯ

Высокоскоростная обработка (ВСО) металлов является современной технологией, позволяющей повысить производительность, сократить время обработки и улучшить качество поверхности деталей. Однако эффективность ВСО во многом зависит от правильного применения смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). В условиях высоких скоростей резания СОЖ играют важную роль в охлаждении зоны обработки, снижении трения, удалении стружки и повышении стойкости инструмента.

ABSTRACT

High-Speed Machining (HSM) of metals is an advanced manufacturing technology that increases productivity, reduces machining time, and improves the surface quality of machined parts. However, the efficiency of HSM largely depends on the proper application of cutting fluids. Under high cutting speeds, cutting fluids play a crucial role in cooling the cutting zone, reducing friction, removing chips, and extending tool life.

Ключевые слова: смазочно-охлаждающие жидкости, инструмент, обработка, резание, стружка, шероховатость, термостойкость.

Keywords: lubricants and coolants tool, processing, cutting, shavings, roughness, heat resistance

1. Основные функции СОЖ в высокоскоростной обработке. В условиях ВСО, где скорости резания могут достигать сотен и даже тысяч метров в минуту, а тепловыделение в зоне резания становится экстремальным, СОЖ выполняют несколько ключевых функций:

- Охлаждение: Это одна из наиболее очевидных и важных функций. При ВСО значительная часть энергии резания преобразуется в тепло, которое сосредоточено в узкой зоне контакта между инструментом, заготовкой и стружкой.

- Смазывание: СОЖ уменьшают трение между передней поверхностью фрезы и стружкой, а также между задней поверхностью фрезы и обработанной поверхностью.

- Удаление стружки: При ВСО образуется большое количество стружки, которую необходимо эффективно удалять из зоны резания.

- Промывка: СОЖ промывают рабочую зону станка, удаляя мелкие частицы металла и абразивную пыль, что способствует поддержанию чистоты оборудования и предотвращает абразивный износ направляющих и движущихся частей станка.

2. Типы СОЖ, Применяемых при ВСО. Выбор типа СОЖ зависит от обрабатываемого материала, геометрии инструмента, типа операции и требований к качеству поверхности. В ВСО наиболее часто используются следующие типы СОЖ:

- Водорастворимые (эмульсии и полусинтетические/синтетические жидкости): Это наиболее распространенный тип СОЖ. Они обладают отличными охлаждающими свойствами благодаря высокой теплоемкости воды.

- Эмульсии (водо-масляные эмульсии): Содержат масло, эмульгаторы и присадки. Обладают хорошими смазывающими и охлаждающими свойствами, но могут быть менее стабильны и требовать регулярного контроля концентрации.

- Полусинтетические и синтетические жидкости: Содержат меньше масла (полусинтетические) или не содержат его вовсе (синтетические). Обладают превосходными охлаждающими свойствами, высокой стабильностью, хорошей фильтруемостью и длительным сроком службы. Они часто предпочтительны для ВСО легких сплавов и чугуна, где требуется интенсивное охлаждение и минимальное образование тумана.

3. Методы подачи СОЖ:

- Наружный полив: Наиболее простой и распространенный метод, при котором СОЖ подаётся на заготовку и инструмент из внешних сопел. Подходит для большинства операций, но может быть менее эффективен при глубоком фрезеровании или при наличии большой стружки, которая препятствует проникновению жидкости.

- Подача СОЖ под давлением через шпиндель (внутренняя подача): Этот метод обеспечивает подачу СОЖ непосредственно к режущим кромкам фрезы через специальные каналы внутри инструмента. Это позволяет эффективно охлаждать инструмент изнутри, удалять стружку из глубоких полостей и повышать стойкость инструмента.

- Многоструйная подача: Использование нескольких сопел для подачи СОЖ с разных направлений, что обеспечивает лучшее покрытие зоны резания.

- Подача СОЖ через форсунки высокого давления: Это продвинутая форма наружного полива, когда СОЖ подается под очень высоким давлением, формируя тонкие, высокоскоростные струи, которые проникают в зону резания и эффективно разрушают стружку.

4. Вызовы и Перспективы. Несмотря на очевидные преимущества, применение СОЖ при ВСО сопряжено с рядом вызовов:

- Утилизация: Отработанные СОЖ являются отходами и требуют дорогостоящей утилизации в соответствии с экологическими нормами.

- Здоровье оператора: Испарения, аэрозоли и прямой контакт с СОЖ могут вызывать проблемы со здоровьем операторов (дерматиты, респираторные заболевания).

- Обслуживание: СОЖ требуют регулярного контроля концентрации, рН, уровня загрязнения и фильтрации для поддержания их эффективности.

- Экономические затраты: Стоимость самих СОЖ, оборудования для их подачи и очистки, а также затраты на утилизацию могут быть значительными.

В ответ на эти вызовы активно развиваются альтернативные и более экологичные методы обработки:

- MQL (Minimum Quantity Lubrication): это подход, при котором в зону резания подается очень небольшое количество смазывающего агента который эффективно обеспечивает смазывание, снижает трение и улучшает эвакуацию стружки. Оно значительно сокращает расход СОЖ, снижает затраты на утилизацию и экологическую нагрузку

- Криогенное охлаждение: Использование жидкого азота или углекислого газа для экстремально низких температур в зоне резания. Обеспечивает превосходное охлаждение и продлевает стойкость инструмента, особенно при обработке труднообрабатываемых сплавов.

Заключение. Правильный выбор типа СОЖ, метода ее подачи и адекватное обслуживание являются ключевыми факторами для достижения максимальной стойкости инструмента, высокого качества обработки и оптимальной производительности.

Список литературы:

1. Бабичев А.П., Овчинников В.И. Технологические жидкости в машиностроении. – М.: Высшая школа, 1993 г.
2. Кузнецов Ю.Н., Спиридонов Д.В. Технологии высокоэффективной обработки труднообрабатываемых материалов. – М.: Машиностроение, 2011 г.
3. Захаров С.М., Моисеев В.Ф. Смазочно-охлаждающие жидкости в металлообработке. – М.: Машиностроение, 1978 г.
4. Кожевников Д.В. Технологические основы производства деталей из труднообрабатываемых материалов. 2008 г.