Voiteluaineen ja jäähdytysnesteen valinta alumiiniseosten koneistukseen. Jäähdytysneste alumiinin vetämiseen Jäähdytysneste alumiinin leikkaamiseen

Tätä tarkoitusta varten Quaker Chemical Corp. suoritti sarjan alumiinityökappaleiden päätytyöstötestejä arvioidakseen eri leikkausnesteiden vaikutuksia leikkaustehoon ja leikkaustyökalujen kulumiseen. Uudella leikkuutyökalulla koneistettaessa jäähdytysneste ei vaikuttanut samalla leikkausnopeudella syntyviin koneistusvoimiin. Kuitenkin, mitä enemmän työkalu työsteli työkappaletta, sitä suurempi tehoero tarvitaan tehokkaaseen koneistukseen käyttämällä erilaisia jäähdytysaineita.

Nämä tulokset osoittavat seuraavan

Metallinesteen vaikutus leikkaustehoon on minimaalinen käytettäessä uusia leikkaustyökaluja. Näin ollen ero kahden eri jäähdytysaineen vaikutuksen välillä leikkaustehoon ei ehkä ole havaittavissa ennen kuin työkalun leikkuureunat alkavat kulua.

Tehon kasvu alumiinin jyrsinnässä on suora seuraus terän kulumisesta. Tämän kulumisen nopeuteen vaikuttavat suoraan sekä leikkausnopeus että käytetty metallinleikkausneste.
Näiden muuttujien välinen suhde on lineaarinen (leikkausnopeus, terän kuluminen ja leikkausteho kasvavat yhdessä). Tämän tiedon avulla valmistajat voivat mahdollisesti ennustaa terän kunnon missä tahansa jyrsintäprosessin vaiheessa sekä tarvittavan tehon muilla testaamattomilla lastuamisnopeuksilla.

Laboratorioon pääsy

Testaus keskittyi ensisijaisesti kahdentyyppisiin leikkausnesteisiin: mikroemulsioon ja makroemulsioon, joista kumpikin oli laimennettu 5 %:n pitoisuuteen veteen. Suurin ero näiden kahden välillä on suspendoituneiden öljypisaroiden koko. Makroemulsio sisältää hiukkasia, joiden halkaisija on yli 0,4 mikronia, jotka antavat jäähdytysnesteelle läpinäkymättömän valkoisen ulkonäön. Mikroemulsiolla on pienempi hiukkashalkaisija ja sen ulkonäkö on läpikuultava.

Koe suoritettiin Bridgeport GX-710 kolmiakselisella CNC-koneella. Aihio oli 319-T6 alumiiniseoksesta valmistettu lohko, 203,2 x 228,6 mm x 38,1 mm, valettu, joka sisälsi kuparia (Cu), magnesiumia (Mg), sinkkiä (Zn) ja piitä (Si). Koneistus suoritettiin halkaisijaltaan 18 mm:n päätyjyrsimellä, jossa oli kahdeksan terää 15 asteen kaltevuuskulmalla ja 1,2 mm:n säteillä. Se työstettiin aksiaalisella syvyydellä 2 mm ja radiaalisyvyydellä 50,8 mm. Kutakin jäähdytysnestekoostumusta levitettiin leikkausalueelle 28 jyrsintäkerralla kahdella eri leikkausnopeudella, 6 096 rpm (1 460 m/min) ja 8 128 rpm (1 946 m/min), 1 321,6 materiaalicm3:n poistamiseksi. Syöttönopeudet molemmilla nopeuksilla olivat 0,5 mm per kierros (0,0625 mm per terä per kierros).

Nopeus, kuluminen ja teho

Tämän tutkimuksen tehomittaukset prosessoinnin aikana saatiin käyttämällä instrumentoitua valvonta- ja mukautuvaa ohjausjärjestelmää. Testitulokset näkyvät tämän artikkelin kaavioissa. Kuten odotettiin, suuremmat leikkausnopeudet johtivat suurempiin koneistusnopeuksiin. Kuitenkin, kuten edellä on kuvattu, erot leikkaustehossa näiden kahden nesteen välillä olivat minimaaliset työstettynä uusilla leikkurilla.

Prosessin alussa työkappaleen materiaaliominaisuudet ja terägeometria ovat hallitsevia leikkaustehoon vaikuttavia tekijöitä. Erot metalliympäristön suorituskykyominaisuuksien välillä syntyivät vasta, kun leikkuuterän geometria muuttui kulumisen aikana. Metallintyöstönesteen valinta vaikutti suoraan tämän kulumisen nopeuteen ja siten tarvittavaan leikkaustehoon missä tahansa jyrsintävaiheessa.

Olettaen, että kahdelle verrattavalle nesteelle on tietty perussuorituskyky, testejä on suoritettava, kunnes leikkuuterät alkavat kulua, jotta voidaan määrittää, mikä jäähdytysneste mahdollistaa suuremman leikkausnopeuden ylläpitämisen pidemmän aikaa.

Käyrät mahdollistivat sen, että tehon kasvunopeudella voidaan ennustaa terän kunto missä tahansa jyrsintävaiheessa. Samoin useilla leikkausnopeuksilla tehtyjä tehomittauksia voidaan käyttää tarvittavan tehon saamiseksi muilla testaamattomilla leikkausnopeuksilla.

Todiste

Kun kuvan 1 x-akseli koostuu raaka-aineen poistomäärätiedoista, kuva 2 käyttää tämän muuttujan luonnollista logaritmia. Poistetun materiaalin tilavuuden piirtäminen tällä tavalla johtaa kaltevuuteen, joka edustaa tarkkaa nopeutta, jolla teho kasvaa myöhemmän käsittelyn myötä. Tämä mitattava mitta on välttämätön työkalun kulumisen ja leikkaussuorituskyvyn ennustamiseksi eri leikkausnopeuksilla. Nämä tiedot osoittavat kuitenkin vain, että leikkausteho ja materiaalin poistomäärä kasvavat yhdessä. Terän kulumisen varmistaminen on erityisen tärkeää, koska tehonlisäyksen taustalla oleva voima vaatii lisätestausta (erityisesti kuvan 2 viivojen kaltevuuden korreloimiseksi suoraan käsittelyn aikana tapahtuvan terän kulumisen kanssa).

Näissä testeissä lisättiin kaksi ylimääräistä leikkausnestettä: toinen makroemulsio ja toinen mikroemulsio. Kutakin neljästä nesteestä levitettiin leikkausnopeudella 1,946 m/min. kunnes 660 cm3 materiaalia poistettiin. Tämä tarjosi riittävästi aikaa kulumiselle ja joissakin tapauksissa metallin ja metallin välisen tarttumisen esiintymiseen. Laipan kulumismittaukset suoritettiin sitten neljälle nesteelle suhteessa parametriin, joka liittyy leikkaustehoon metalliraon tilavuuteen (erityisesti tehon kaltevuus verrattuna poistetun metallin luonnolliseen tilavuuteen). Kuten kuvasta 3 näkyy, tämä vahvisti lineaarisen suhteen terän kulumisen ja lisääntyneen leikkaustehon välillä koneistuksen aikana.

Muut löydöt

Vaikka testituloksia ei välttämättä voida ekstrapoloida alumiinijyrsinnän ulkopuolelle, tutkimus osoittaa, että mikroemulsio toimii paremmin, jos tavoitteena on työstää mahdollisimman nopeimmalla nopeudella. Tämä johtuu siitä, että tiheämmällä mikroemulsiolla, jossa on halkaisijaltaan pienempiä öljypisaroita, on taipumus poistaa lämpöä tehokkaammin kuin makroemulsio ja sen suhteellisen suuremmat pisarat. Hitaampia leikkausnopeuksia sisältävät toiminnot voivat kuitenkin edistää makroemulsiota ja sen suhteellisesti parempaa voitelukykyä.

Oli yksityiskohta mikä tahansa, Paras tapa Oikean jäähdytysnesteen löytäminen tarkoittaa erilaisten formulaatioiden kokeilemista käytännössä. Leikkausnopeuden, työkalun kulumisen ja leikkaustehon välisten suhteiden ymmärtäminen ja sen, miten metallintyöstön jäähdytysnesteet voivat vaikuttaa näihin tekijöihin, on ratkaisevan tärkeää oikean valinnan tekemiseksi.

Seuraavat vaatimukset koskevat alumiiniseosten metallintyöstöprosessia:

1) korkea käsittelytarkkuus ja alhainen karheus;

2) korkea tuottavuus ja viimeistelytyön eliminointi;

3) alhainen herkkyys mekaanisten ominaisuuksien ja geometristen mittojen vaihteluille (erilaisia työkalujen materiaalilaatuja);

4) työkalun suhteellisen alhaiset kustannukset.

Näiden materiaalien käsittely aiheuttaa kuitenkin merkittäviä vaikeuksia, jotka liittyvät niiden korkeaan viskositeettiin, mikä johtaa kertyneiden reunojen muodostumiseen, ylikuumenemiseen ja leikkaustyökalun kestävyyden heikkenemiseen sekä käsitellyn osan laadun heikkenemiseen.

Nykyaikaisten työstökoneiden, kulutusta kestävillä pinnoitteilla varustettujen työkalujen käyttö ja leikkausnesteiden (jäähdytysnesteiden) syöttö leikkausalueelle eivät aina takaa vaadittuja laatu- ja tuottavuusparametreja. Siitä huolimatta nykyään metallinleikkauskoneet täyttävät tarkkuusvaatimukset. Tarjottu työkaluvalikoima ja lukuisten tutkimusten tulokset antavat mahdollisuuden valita leikkuuterät, joiden käyttö maksimoi tuottavuuden ja käsittelyn laadun.

Samaan aikaan huolimatta useiden jäähdytysnestemerkkien kehittämisestä ja tällä alueella tehdyistä testauksista, ei ole olemassa yhtä menetelmää tehokkaimman jäähdytysnesteen valitsemiseksi. Tehokkaan jäähdytysnesteen laadun valitseminen saatavilla olevien tietojen mukaan voi vähentää leikkausvoimia 20 %. Siksi on suositeltavaa kehittää menetelmä, joka varmistaa tällaisen tuotemerkin valinnan.

Yleensä jäähdytysnesteillä on voitelu-, jäähdytys-, pesu-, hajotus-, leikkaus-, plastisoimis- ja muita vaikutuksia leikkausprosessiin. Yksi jäähdytysnesteen tärkeimmistä toiminnallisista vaikutuksista on voiteluvaikutus, koska kitkan väheneminen leikkausvyöhykkeellä johtaa työkalun kulumisen intensiteetin laskuun, leikkausvoimien pienenemiseen, keskimääräiseen leikkauslämpötilaan ja työkappaleen karheuteen. . Siksi on tarpeen tutkia jäähdytysnesteen voiteluvaikutusta, jotta voidaan valita tietty laatu näiden seosten käsittelyä varten.

Jäähdytysnesteen voiteluvaikutuksen tutkimus

Voiteluvaikutus arvioidaan molempien testitulosten perusteella metallinleikkauskoneet käsittelyn aikana ja kitkakoneissa. Kitkakoneiden käyttö ei mahdollista vain materiaalien, itse jäähdytysnesteen ja käytetyn ajan vähentämistä, vaan myös muiden toimien vaikutuksen poistamista. Siksi tässä työssä jäähdytysnesteen voiteluvaikutusta arvioitiin kitkakoneella tehtyjen testien tulosten perusteella. Kuvassa Kuvassa 1 on jäähdytysnesteen tutkimuksessa käytetty kitkakone.

Koska sorvaus on yleisin koneistus, käytimme tutkimuksessa kitkakoneen kuormituskaaviota, joka mahdollisti tämän tyyppisen käsittelyn simuloinnin - "lohko-rulla"-kaaviota (kuva 2).

Lohko on valmistettu työstötyökalumateriaalista - T15K6 kovametalliseoksesta. Telojen valmistuksen materiaaliksi valittiin yksi yleisimmistä alumiiniseosten edustajista, D16-seos.

Tutkimus tehtiin lohkon painevoimalla P=400 N ja telan pyörimisnopeudella n=500 rpm. Kuormitusvoima valitaan näiden metalliseosten metallinkäsittelyssä syntyvien leikkausvoimien mukaan. Telan pyörimistaajuus saadaan laskemalla sen halkaisija- ja leikkausnopeussuosituksista.

Rulla asennettiin akselille ja tuotiin kosketukseen lohkon kanssa. Kammio suljettiin kannella ja täytettiin testattavalla jäähdytysnesteellä. Sitten rulla pyöri taajuudella n ja kuormitusmekanismin kautta kuormitus kohdistettiin tasaisesti lohkoon, kunnes sen arvo saavutettiin R.

Mittarilukemien mukaan maksimi- ja minimiarvo kitkamomentti. Momentin keskiarvo saatiin viiden kokeen tulosten aritmeettisena keskiarvona. Saatavilla olevien tietojen perusteella laskettiin todellinen kitkakerroin f kaavan mukaan:

Testaukseen käytettiin useiden jäähdytysnesteiden 10-prosenttisia vesiliuoksia: Addinol WH430, Blasocut 4000, Sinertek ML, Ukrinol-1M, Rosoil-500, Akvol-6, Ekol-B2. Lisäksi testit suoritettiin ilman jäähdytysnestettä.

Tutkimustulokset on esitetty taulukossa. 1.

Tehtyjen tutkimusten tulosten avulla on mahdollista arvioida testattujen jäähdytysnesteiden voiteluvaikutusta esiteltyjä materiaaliryhmiä käsiteltäessä. Saadut tiedot antavat mahdollisuuden valita teknologisesti tehokkain jäähdytysneste tiettyjen materiaalien käsittelyyn niiden voiteluvaikutuksen perusteella.

Kunkin jäähdytysnesteen merkin käytön tehokkuus on määritettävä verrattuna käsittelyyn ilman jäähdytysnestettä. Tehokkuusarvo K cm voiteluvaikutukselle käsittelyn aikana erilaisia materiaaleja määräytyy kaavalla:

Mitä pienempi K cm -arvo, sitä tehokkaammin tämä tuotemerkki käsittelee testattua materiaalia. Taulukossa Kuvassa 2 on esitetty testattujen jäähdytysnesteiden merkkien tehokkuus voiteluvaikutuksen kannalta.

Tiedetään, että koneistettaessa pienillä nopeuksilla, kun jäähdytysneste pääsee parhaiten leikkausvyöhykkeelle, jäähdytysnesteen voiteluvaikutus vaikuttaa eniten. Näin ollen rouhintaan kannattaa käyttää jäähdytysnestettä, jolla on suuri voiteluvaikutus.

Taulukon mukaan Kuvasta 2 näkyy, että alumiiniseosta D16 käsiteltäessä tehokkaimpia voitelunesteitä ovat merkit Rosoil-500 (K cm = 0,089), Aquol-6 (K cm = 0,089) ja Ekol-B2 (K cm = 0,096).

johtopäätöksiä

1. Työssä tehtiin kokeellisia tutkimuksia testattujen jäähdytysnesteiden voiteluvaikutuksista. Esitettyjen tulosten avulla voimme valita tehokkaimman jäähdytysnesteen merkin alumiiniseosten rouhintaan.

2. Työn tulokset ovat erityisen hyödyllisiä lentokoneiden osien valmistuksessa, koska lentokoneiden osille asetetaan korkeammat vaatimukset käsittelyn laadulle ja tarkkuudelle.

3. Tehokkaan jäähdytysnesteen käyttö varmistaa suurimman mahdollisen kitkan ja keskimääräisen leikkauslämpötilan alenemisen, mikä pidentää työkalun käyttöikää, pienentää leikkausvoimia, vähentää pinnan karheutta ja parantaa työstötarkkuutta.

Useimpien työstökoneiden käyttäjillä on vaikea kuvitella koneistusta ilman leikkausnesteiden (leikkausnesteiden) käyttöä. Joissakin tapauksissa on kuitenkin tarvetta kuivakäsittelylle, mikä voi johtua laitteiden asianmukaisen valmistelun puutteesta tai muista työn edellytyksistä. Eri lähteistä saadut analyyttiset tiedot osoittavat, että työkappaleiden jäähdytyskustannukset ovat 2-3 kertaa korkeammat kuin leikkaustyökalujen kustannukset. Lisäksi maailman yhteisö on yhä enemmän huolissaan terveyden ja ympäristön suojelusta tuotannon aikana. Käytetyn leikkausnesteen hävittäminen on vakava ongelma useimmille yrityksille, ja sen höyryjen hengittäminen voi aiheuttaa merkittäviä haittoja ihmisten terveydelle. Jäähdytysnesteen hävittämisen korkeiden kustannusten vuoksi eurooppalainen valmistavia yrityksiä Kuiva- tai puolikuiva (minimimäärällä jäähdytysnestettä) koneistustekniikoita käytetään yhä enemmän, toisin kuin yhdysvaltalaisissa yrityksissä. Saksan kaltaiset maat ovat kuitenkin edelleen pakotettuja varautumaan olemassa olevaan taloudelliseen ja tuotantoolosuhteet ja käytä jäähdytysnestettä. Uusia standardeja on kuitenkin jo ehdotettu rajoittamaan leikkausnesteiden käyttöä koneistuksen aikana.

Puhutaanpa lisää kuivakoneistuksesta. Onko mahdollista käsitellä materiaaleja ilman jäähdytysnestettä? Useimmissa tapauksissa se on mahdollista, mutta tämä asia vaatii tarkempaa pohdintaa.

Ensinnäkin leikkausneste suorittaa useita tehtäviä:

Jäähdytys. Siksi nestettä kutsutaan jäähdytysnesteeksi.
Voitelu. Kovat materiaalit, kuten alumiini, kerääntyvät leikkuureunaan, joten kitkaa ja siten lämpöä on vähennettävä.
Puhdistus lastuista. Monissa tapauksissa tämä tehtävä on tärkein. Lastujen pääsy työstettävälle pinnalle johtaa pinnan vaurioitumiseen ja työkalun paljon nopeampaan himmenemiseen. Pahimmassa tapauksessa uraan tai reikään asetettu leikkuri tai leikkuri voi tukkeutua lastuista, jolloin se ylikuumenee tai jopa vaurioituu.

Kuivatyöstössä jokainen edellä mainituista leikkausnesteen toiminnoista on otettava huomioon.

Voitelu ja kertyminen leikkuureunaan

Puhutaan voitelemisesta. Olen kiinnittänyt tähän aiheeseen vähemmän huomiota, mutta tämä ei tarkoita, etteikö voitelu olisi tärkeää koneistuksessa. Ensinnäkin voitelu auttaa leikkuutyökalua toimimaan tehokkaammin pienemmällä lämmöllä. Kun leikkurin etureuna liukuu työkappaleen yli, se kuumenee kitkan vuoksi. Lisäksi lastut hankaavat myös leikkuria vasten, jolloin syntyy lisälämpöä. Voitelu vähentää kitkaa ja vastaavasti kuumenemista. Siten yksi voiteluaineen tehtävistä on parantaa jäähdytystehoa vähentämällä lämmöntuotantoa. Tässä tapauksessa voitelun päätehtävänä on estää kertymien muodostuminen leikkuureunaan. Jokainen, joka on nähnyt kuinka alumiini tarttuu leikkuriin, ymmärtää välittömästi tämän asian tärkeyden. Leikkaussärmän kerääntyminen voi hyvin nopeasti johtaa työkalun vaurioitumiseen ja sen seurauksena työn viivästymiseen.

Onneksi kertymisen esiintyminen tai puuttuminen riippuu pääasiassa käsiteltävän materiaalin tyypistä. Useimmiten kerääntyminen tapahtuu työstäessä alumiinia ja terästä, jossa on alhainen hiilipitoisuus, tai muita seosaineita. Tässä tapauksessa sinun on käytettävä erittäin teräviä leikkureita, joilla on suuret kaltevuuskulmat (positiivinen kaltevuuskulma on ystäväsi!). Pienen jäähdytysnesteen ruiskuttaminen auttaa myös selviytymään tästä ongelmasta, ja tämän menetelmän tehokkuus ei ole huonompi kuin perinteinen menetelmä. Mikä tärkeintä, älä unohda tehdä näitä toimenpiteitä ennen kuin lastut tarttuvat käsiteltävään pintaan.

Sirun puhdistus

Seuraava ongelma kuivakoneistukseen liittyy lastunpoisto. Tätä tarkoitusta varten voidaan käyttää paineilmapuhallusta. Tämä puhdistusmenetelmä ei kuitenkaan välttämättä ole täysin tehokas joissakin toiminnoissa, kuten porauksessa. Syväporaus ja poraus ovat kaksi ongelmallisinta toimenpidettä kuivakoneistuksessa lastunpoiston kannalta. Ongelman ratkaisemiseksi voit käyttää työkaluun syötettyä teknistä ilmaa, mutta parempi ratkaisu on suihkuttaa pieni määrä jäähdytysnestettä. Nestemäinen jäähdytysneste selviää tästä tehtävästä paremmin, koska sen tiheys on suurempi, se sietää paremmin lastua ja jäähdyttää työstettävää pintaa. Mutta ruiskutuksen oikea käyttö antaa sinun pidentää työkalun käyttöikää verrattuna edellä kuvattuun perinteiseen menetelmään. On huomattava, että luonnollinen lastunpoisto on tehokkaampaa vaakajyrsinnässä ja -sorveissa kuin pystysuorassa, erityisesti kuiva- tai puolikuivakäsittelyssä painovoiman vuoksi.

Jäähdytys

Puhutaanpa jäähdytyksestä. Lämpötila on tärkein leikkaustyökalun käyttöikään vaikuttava tekijä. Pieni kuumennus pehmentää materiaalia, mikä vaikuttaa positiivisesti käsittelyprosessiin. Tässä tapauksessa voimakas kuumennus pehmentää leikkuutyökalua ja johtaa sen ennenaikaiseen kulumiseen. Sallittu lämpötila riippuu leikkaustyökalun materiaalista ja pinnoitteesta. Erityisesti kovametalli kestää huomattavasti korkeampia lämpötiloja kuin pikateräs. Jotkut pinnoitteet, kuten TiAlN (titaanialumiininitridi), vaativat korkeita käyttölämpötiloja, joten näitä työkaluja käytetään ilman jäähdytysnestettä. On monia esimerkkejä, joissa jäähdytysnesteen käytöstä kieltäytyminen tekniikan mukaisesti johtaa työkalun käyttöiän pidentämiseen. Kovametallityökalut ovat herkkiä mikrohalkeamien muodostumiselle äkillisissä lämpötilan muutoksissa, jotka johtuvat epätasaisesta lämmityksestä ja jäähdytyksestä. Sandvik suosittelee koulutuskurssillaan olemaan käyttämättä jäähdytysnestettä ainakaan suuria määriä mikrohalkeamien syntymisen estämiseksi. On myös huomattava, että voimakas kuumennus vaikuttaa negatiivisesti käsittelyn tarkkuuteen, koska kuumennuksen seurauksena työkappaleen koko muuttuu.

Kuinka voit jäähdyttää työkappaleita ilman jäähdytysnestettä? Ensin tarkastellaan yleisimpiä jäähdytysmenetelmiä. Jäähdytysnesteitä on kahta tyyppiä - vesipohjainen jäähdytysneste ja öljypohjainen jäähdytysneste. Vesipohjaiset jäähdytysnesteet ovat tehokkaimpia jäähdytykseen. Kuinka paljon? Vertailutiedot näkyvät seuraavassa taulukossa:

jäähdytysnestettä	Ominaislämpö	Teräs A (karkaistu) Lämpötilan lasku, %	Teräs B (hehkutettu) Lämpötilan lasku, %
ilmaa	0.25
Lisäöljy (alhainen viskositeetti)	0.489	3.9	4.7
Lisäöljy (korkea viskositeetti)	0.556	6	6
Vesipitoinen kosteusvoide	0.872	14.8	8.4
Vesi-soodaliuos, 4 %	0.923	-	13
Vesi	1.00	19	15

Ensinnäkin taulukossa esitetyt tiedot osoittavat, että erityyppisten jäähdytysnesteiden tehokkuus riippuu suoraan niiden ominaislämpökapasiteetista. Toiseksi on huomattava, että ilma on pahin jäähdytysneste - sen ominaisuudet ovat 4 kertaa huonommat kuin veden. Mielenkiintoista on myös se, että öljyn jäähdytysnesteet ovat jäähdytysominaisuuksiltaan lähes 2 kertaa huonompia kuin vesi. Kun otetaan huomioon tämä tosiasia sekä työturvallisuusasiat, ei ole yllättävää, että monet yritykset käyttävät vesipohjaisia jäähdytysnesteitä - ne ovat parhaita jäähdytysnesteitä. Vesipohjaiset leikkausnesteet toimivat kuitenkin tehokkaasti vain tiettyyn leikkausnopeuteen asti, ja mitä suurempi nopeus, sitä huonommin ne jäähdyttävät materiaalia ja työkalua. Yksi syy tähän ilmiöön on se, että suurilla leikkausnopeuksilla jäähdytysneste ei ehdi tunkeutua kaikkiin materiaalin syvennyksiin ja halkeamiin. Tämän seurauksena jäähdytys heikkenee jatkuvasti, minkä seurauksena kovametallityökalujen jäähdytystehokkuuden heikkeneminen havaitaan tietyn arvon ylittävillä leikkausnopeuksilla.

Lämmönkestäviä pinnoitteita, kuten TiAlN, jotka eivät vaadi jäähdytystä, voidaan käyttää, mutta niitä voidaan tehdä ilmankin. Esimerkiksi jäähdytykseen voidaan käyttää paineilmaa, mutta on muistettava, että sitä tarvitaan suuria määriä vesijäähdytykseen verrattavan tehokkuuden aikaansaamiseksi. Tapauksissa, joissa jäähdytystä tarvitaan, on paljon tehokkaampaa käyttää kostutettua ilmaa, joka sisältää sumutettua nestettä. Atomisointi tarjoaa myös voitelun, josta voi olla hyötyä materiaaleille, kuten alumiinille. Lisäksi suurilla leikkausnopeuksilla kostutettu ilma tunkeutuu paremmin kaikkiin materiaalin onteloihin kuin vesi vesijäähdytyksen aikana.

Toinen jäähdytystapa on käyttää jäähdytettyä ilmaa. Ilman jäähdyttämiseen on monia tapoja, ja se jäähtyy luonnollisesti suuttimesta poistuessaan, mutta tehokkaampi ratkaisu on käyttää pyörreputkeksi kutsuttua laitetta. Yllä olevat tiedot erityyppisistä jäähdytysnesteistä sekä yksityiskohtaiset tiedot ilma- ja pyörreputkien käyttöä jäähdytyksessä koskevista tutkimuksista löytyvät osoitteesta tieteellistä työtä Brian Boswell, "Ilmajäähdytyksen käyttö ja sen tehokkuus kuivan materiaalin käsittelyssä."

Tämä työ voi olla varsin hyödyllistä, jos haluat ymmärtää yksityiskohtia. Boswell harkitsee joidenkin sorvin istukkaiden varustamista ilmakanavilla, mutta katsoo, että tehokkain vaihtoehto on käyttää pyörreputkia. Jos aiot käyttää pelkkää ilmaa, se on ohjattava oikeisiin paikkoihin tehokkaan jäähdytyksen varmistamiseksi. Boswell havaitsi, että pyörreputken säätäminen oli paljon helpompaa, koska sen suutin voitiin sijoittaa kauemmaksi käsiteltävästä materiaalista. Samalla tämä laite pystyy jäähdyttämään materiaalia yhtä tehokkaasti kuin perinteinen vesijäähdytysjärjestelmä.

Materiaalien kuivamekaanisen käsittelyn parametrit

Oletetaan, että sinulla ei ole vortex-putken kaltaisia lisävarusteita, mutta käytät kuivaa tai kostutettua paineilmaa voiteluun ja lastunpoistoon. Miten tämä vaikuttaa koneistusolosuhteisiin (syöttö- ja leikkausnopeus) verrattuna perinteiseen jäähdytysnestetyöstöön?

Tarkastellaan erikseen sellaista parametria kuin syöttö per hammas. Säädettävä jäähdytystyypistä riippuen on leikkausnopeus. Tässä tapauksessa tietyn syötön syöttönopeus hammasta kohti pienenee hieman.
Jos leikkausnopeus ylittää tietyn kynnysarvon, jäähdytystyypistä riippuen säätö ei tuota tulosta. Useimmissa tapauksissa jäähdytysjärjestelmä sammuu kokonaan. Kutsutaan tätä kynnysarvoa kriittiseksi leikkausnopeudeksi. Tämä nopeus on hieman pienempi, mutta se voidaan ehdottomasti hyväksyä suositeltavaksi TiAlN-pinnoitetuille työkaluille. TiN (titaaninitridi) pinnoitetut työkalut toimivat silti tehokkaammin näillä nopeuksilla jäähdytyksellä, joten kriittinen leikkausnopeus on TiN- ja TiAlN-pinnoitetuille työkaluille suositeltujen nopeuksien välissä. On selvää, että kriittinen nopeus riippuu käsiteltävän materiaalin tyypistä, joten kaikille tapauksille ei ole universaalia arvoa.
Kriittistä pienemmillä leikkausnopeuksilla käytetään erityistä korjauskerrointa. Kuten kriittinen nopeus, kerroin riippuu käsiteltävästä materiaalista ja saa arvot välillä 60-85%. Toisin sanoen joillekin materiaaleille käytetään kerrointa 60 % suositellusta nopeudesta (työkaluvalmistajien suositukset perustuvat jäähdytysnestemenetelmään), kun taas toisilla materiaaleilla kerroin voi olla jopa 85 %. Kerroin riippuu materiaalin lämmönjohtavuudesta (lämmönkestäviä seoksia on melko vaikea käsitellä, koska ne johtavat lämpöä huonosti ja leikkauksen aikana muodostuu suuri määrä kertymiä), jäähdytysnesteen voiteluominaisuuksista jne.

Entä pintakäsittelyn laatu?

Tämä on viimeinen kysymys kuivakoneistukseen liittyen. Usein kuivakoneistuksen viimeistelyn laatu on huonompi kuin jäähdytysnesteellä työstettynä. Laatuun vaikuttavat monet tekijät, mutta useimmissa tapauksissa kaikki johtuu leikkausnopeuden vähentämisestä. Käsittelyn laadun säilyttämiseksi on tärkeää kompensoida nopeuden aleneminen käyttämällä suuremman säteen omaavaa työkalua (esimerkiksi leikkuria). Toissijainen tekijä on voitelu, joka vähentää kulumista ja varmistaa tasaisen leikkaamisen. Tässä tapauksessa kostutettu ilma auttaa sinua.

Tulokset

Joten mitkä ovat johtopäätökset?

On selvää, että leikkausnestetyöstö on parempi kuin kuiva- tai puolikuivatyöstö, mikäli jäähdytysnesteen kustannuksia ei oteta huomioon ja sopivat laitteet ovat saatavilla. Vaikutukset eivät kuitenkaan ole niin voimakkaita kuin ne saattavat näyttää. Viskoosisten materiaalien käsittelyssä voidaan käyttää kostutettua ilmaa, ja pyörreputket ja muut ilman jäähdytyslaitteet eivät ole yhtä tehokkaita kuin perinteinen menetelmä jäähdytysnesteellä. Tässä tapauksessa sinulla on ainakin paineilmavirtaus, joka puhdistaa työkappaleen lastuista. On ymmärrettävä, että kuivakoneistus muuttaa leikkausnopeutta 20-25%. Syöttö per hammas riippuu vesijäähdytyksen toteutuksesta. Oikea jäähdytysnesteen suuttimen suuntaus voi lisätä syöttöä hammasta kohti jopa 5 % ja korkeapaineinen jäähdytysaine karan läpi voi saavuttaa vielä suuremman tuottavuuden.

Joissakin tapauksissa jäähdytysnesteen käytöstä kieltäytyminen on melko vaikea tehtävä:

Lämmönkestävät seokset ja titaani on työstettävä jäähdytysnesteellä, paitsi käytettäessä työkaluja, joille suositellaan kuivatyöstöä. Edellä mainituilla materiaaleilla on riittämätön lämmönjohtavuus, jotta voitaisiin käyttää yksinomaan ilmajäähdytystä.
Materiaalit, jotka muodostavat terävän reunan (jotkut ruostumattomat seokset ja alumiini), vaativat jäähdytysnesteen tai vähintään kostutetun ilman käyttöä voitelun aikaansaamiseksi.
Ilman jäähdytysnestettä on erittäin vaikea poistaa lastuja syvistä rei'istä. Tämä ongelma voidaan ratkaista syöttämällä kostutettua ilmaa paineen alaisena.

Muistaa!

Jos karasi ei ole maailman nopein, joudut todennäköisesti vähentämään leikkausnopeutta sen alinopeuden vuoksi. Tämä pätee erityisesti alumiinin (tai muiden pehmeiden materiaalien, kuten messingin) työstöön ja käytettäessä pieniä kovametallileikkureita. Tässä tapauksessa perinteisestä nestejäähdytyksestä luopuminen ei kuitenkaan ole kriittistä.
Usein on mahdollista lisätä syöttönopeutta vähentämällä poistetun lastun paksuutta.

Metallintyöstöprosessin aikana työkappaleen ja työkalun välillä on aina voimakas kitka. Tämä on erityisen tärkeää sorveissa, joissa leikkuri kuumenee erittäin kuumaksi. Voimakas kitka aiheuttaa myös ennenaikaista työkalun kulumista kylmän plastisen muodonmuutoksen vuoksi, erityisesti sellaisissa toiminnoissa kuin nopean moniasentoisen pään tai kylmäpuristus. Kaikissa näissä tapauksissa on tarpeen käyttää erityisiä leikkausnesteitä.

Yksi viimeisimmistä kotimaisista tuotekehityksistä leikkausnesteiden alalla on vesiliukoinen yleisjäähdytysneste EFELE CF-621. Huolimatta siitä, että tämä jäähdytysneste on synteettistä, sen kustannukset ovat minimaaliset, tyypillisesti mineraalituotteille.
EFELE CF-621 on suunniteltu metallien, kuten teräksen, mukaan lukien ruostumattoman teräksen ja metalliseosten, valuraudan, titaanin, alumiinin ja kupariseosten leikkaamiseen.
Tämä jäähdytysneste on saatavana tiivisteenä. Se on meripihkan värinen ja miellyttävä karamellin tuoksuinen, ei sisällä formaldehydiä, klooria eikä sekundaarisia amiineja, joten sillä ei ole terveydelle haitallisia vaikutuksia. Valmistettu synteettisistä komponenteista, joihin on lisätty (jopa 15 %) mineraaliöljykoostumusta, EFELE CF-621 -jäähdytysnesteellä on hyvä biostabiilisuus ja korkeat suorituskykyominaisuudet. Tämä mahdollistaa metallin käsittelyn suorittamisen pienemmällä liuospitoisuudella.

Leikkausnesteet: rakenne, toimintamekanismi

Leikkausnesteiden laaja käyttö johtuu siitä, että ne samanaikaisesti erottavat tehokkaasti työkappaleen ja työkalun hankauspinnat ja alentavat myös jälkimmäisen lämpötilaa. Samalla esitetään komponenttien koostumus, jotka sisältävät tehokkaimmat leikkausnesteet:

Synteettisiin tai eläinöljyihin perustuvat voiteluaineet.
Lisäaineet, jotka antavat aineille kitkaa ja äärimmäisiä paineominaisuuksia.
Komponentit, jotka estävät koostumusta erottumasta pitkäaikaisen varastoinnin aikana.
Aineet, jotka suojaavat työvälineitä korroosiolta ja tuhoutumiselta.
Aggressiivisuutta vähentäviä lisäaineita.
Lisäaineet, jotka parantavat kostuvuutta ja vähentävät vaahtoamista metallintyöstön aikana.

Käytetyt tuotteet on hävitettävä.

Luokitus, jonka mukaan leikkausnesteet (jäähdytysnesteet) valmistetaan, tehdään yleensä seuraavien parametrien mukaan:

Pääkomponenttien alkuperän mukaan. Siten öljyleikkausnesteitä valmistetaan teknisten öljyjen - öljytuotteiden sekä eläin- tai kasviperäisten rasvojen perusteella.
Valmistusmenetelmän mukaan erotetaan emulsolit - tuotteet, joilla on pitkä spontaani erottuminen, tai tekniset öljyleikkausnesteet, jotka valmistetaan välittömästi ennen käyttöä. Jälkimmäisessä tapauksessa GOST:n mukaan tuotetaan jäähdytysnestetiivistettä.
Sovelluksensa mukaan valmistetaan synteettisiä jäähdytysnesteitä, jotka on suunniteltu plastisen muodonmuutoksen olosuhteisiin, lisäksi sorveihin.
Öljyn jäähdytysnesteet eroavat myös fysikaalisista ja mekaanisista ominaisuuksistaan - happoluku, viskositeetti, leimahduspiste. Viimeinen ominaisuus määrittää, voidaanko öljynjäähdytysnesteitä käyttää kuumaleimausoperaatioissa vai ei.

Yleisimpien työstöyhdisteiden merkit

Seuraavat tyypit valmistetaan sorveille:

Emulsolit, jotka ovat laimennettuja tavallisia mineraaliöljyjä (esim. I-12, I-20) Öljypohjaiset emulsolit valmistetaan GOST 6243-75:n teknisten vaatimusten mukaisesti;
Emulgointiaineet, jotka sisältävät synteettisten rasvahappojen metallisaippuoita. Valmistettu standardin GOST R 52128-2003 mukaisesti;
Synteettiset koostumukset, jotka perustuvat korkeaatomisiin alkoholeihin, mäntyöljyihin, trietanoliamiiniin. Ne valmistetaan standardin GOST 38.01445-88 mukaisesti, ja ne on tarkoitettu sorveille, jotka suorittavat nopean, ruostumattoman ja seosteräksen mekaanisen käsittelyn. Niiden käyttö käytetyssä muodossa ei ole sallittua;
Sulfofresolit (GOST 122-94) ovat erittäin puhdistettujen öljyjen ja rikkipitoisten yhdisteiden seoksia. Ne vähentävät tehokkaasti kitkaa ja niillä ei ole syövyttäviä ominaisuuksia, koska ne eivät sisällä vettä, happoja tai emäksiä.

Yhteinen ominaisuus, jonka sorvien synteettisellä jäähdytysnesteellä tulisi olla, on alennettu viskositeetti. Täällä jäähdytysnesteen pääkomponentit jakautuvat helposti työkalun monimutkaiselle pinnalle, jäähdyttävät sen hyvin eivätkä anna lastujen tarttua leikkuriin. Keskimäärin koneistusprosessien arvioitu indikaattori ei ylitä 35 - 40 cSt.

Venäjällä tuontituotteita käytetään usein mm tavaramerkki MobilCut. Tuonnin korvaamisen periaatteen mukaan, jota nyt laajasti toteutetaan Venäjällä, tuontimerkit korvataan vähitellen kotimaisilla vastaavilla tuotteilla. Lisäksi tällaisten tuotteiden kuvauksissa ei usein oteta huomioon Venäjällä käytettyjä terästyyppejä tai ei-rautametalliseoksia (etenkin alumiinia). Käytetylle jäähdytysnesteelle on erikoisvarustetut säiliöt.

Jäähdytysnestetyypit metallinmuovausprosesseihin

Johtuen merkittävistä ominaisvoimista sekä työkappaleen materiaalin suhteellisista liukunopeuksista työkalulaatua pitkin käytettäväksi teknisiä prosesseja sen viskositeetin on oltava huomattavasti korkeampi. Lisäksi merkittävillä muodonmuutosasteilla kemiallis-mekaaniset pintareaktiot alkavat kosketuspinnoilla, mikä myötävaikuttaa kitkaolosuhteiden huononemiseen. Tämä lyhentää työkalun käyttöikää erityisesti pehmeitä metalleja, kuten alumiinia, työstettäessä. Ei ole hyväksyttävää käyttää osittain jäteaineita alumiinin käsittelyssä. Siksi ominaispiirteet näistä koostumuksista Venäjän olosuhteisiin ovat:

Melko korkea viskositeetti. Käytännössä se vaihtelee 45 - 50 cSt:stä tyypin I20 mineraaliöljyihin perustuville jäähdytysnesteille (GOST 20799-88) 75 - 80 cSt:iin rikkiyhdisteitä ja eläinrasvoja sisältäville jäähdytysnesteille (tyypillinen edustaja on Ukrinol GOST 9.085-88). ;
Kestää korkean lämpötilan delaminaatiota tai murtumista. Koostumus sisältää välttämättä rikkilisäaineita ja anionisia emulgointiaineita. Yleisimmin käytettyjä tuotemerkkejä ovat etanoliamiinit ja alkyylisulfaatit lisäaineineen GOST 10534-88:n mukaisesti. Jätetuotteissa tällaisten komponenttien pitoisuus laskee jyrkästi;
Vesipohjaiset grafiittityypit, jotka sisältävät hienojakoisen grafiitin öljysuspensioon perustuvan lisäaineen. Valmistettu GOST 5962-88:n mukaisesti.

Erityinen ryhmä ovat alumiinin ja sen seosten käsittelyssä käytetyt aineet. Alumiinille on ominaista voimakas tarttuvuus laitteiden kosketuspintoihin, joten lämpötilan laskun sijaan tulee varmistaa tuotteen lopullisen pinnan korkea puhtaus.

Esimerkiksi alumiinilevyjä valssattaessa käytetään seuraavia:

Tuotteet, jotka perustuvat 5 - 10 % voiteluaineeseen 59c (GOST 5702-85);
Synteettisiin rasvahappoihin perustuvat emulsolit, joihin on lisätty trietanoliamiineja (GOST 8622-85);
Aineet, jotka sisältävät korkean molekyylipainon synteettisiä alkoholeja: esimerkiksi etyleeniglykoli GOST 10136-97 tai glyseriini GOST 6823-97.

Melko paljon alumiinia varten suunniteltuja jäähdytysnestejärjestelmiä valmistetaan Venäjän ja muiden IVY-maiden vaatimusten mukaisesti. Tällaisten alumiinin käsittelyyn tarkoitettujen koostumusten viskositeetin oletetaan yleensä olevan minimaalinen.

Leikkausnesteiden valmistelu, varastointi ja hävittäminen

Venäjällä sekä jäähdytysnestetiivistettä että sen valmistukseen tarkoitettuja komponentteja valmistetaan tietyn yrityksen olosuhteisiin. Ennen kuin niitä käytetään metallintyöstöön, niille tehdään seuraavat menettelyt:

Komponenttien sekoittaminen vaadituissa lämpötiloissa (60 - 110 ° C, joka määräytyy merkin ja koostumuksen mukaan).
Näytteenotto vaatimustenmukaisuusanalyysiä varten (Venäjän GOST 2517-80 koskee).
Varastointi erikoissäiliöissä, jotka mahdollistavat säännöllisen sekoittamisen, lämmittämisen jne.
Täyttölaitteet ja jatkuvatoimiset laitteet.

Jäähdytysnestettä valmisteltaessa voidaan lisätä lisäaineita. Tätä tarkoitusta varten venäläisille yrityksille asennetaan usein tärinäasennuksia hienojakoista emulgointia varten.

Ajan myötä kyseiset koostumukset saastuvat, joten jäähdytysnesteen puhdistamiseksi jäännöslastuista, kiinnittyneestä metallista jne. on tarjolla erilaisia järjestelmiä. Käytetyt tuotteet, joiden tehokas puhdistaminen ei ole enää mahdollista, hävitetään.

Video leikkausnesteen hitsaamisesta omin käsin

Tiiviste