Алмазное хонингование глубоких отверстий

СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ (СОЖ) ДЛЯ АЛМАЗНОГО ХОНИНГОВАНИЯ

Влияние СОЖ на обрабатываемость металлов. Под­бор смазочно-охлаждающих жидкостей и поверхностно­активных присадок к ним является одним из путей по­вышения эффективности процесса хонингования (в том числе алмазного). Смазочно-охлаждающая жидкость обеспечивает непрерывное удаление из зоны резания продуктов износа брусков и микрочастиц снимаемого слоя металла, охлаждает обрабатываемую деталь. Бла­годаря образованию тонкой пленки между рабочей по­верхностью брусков* и обрабатываемой поверхностью снижается коэффициент и силы внешнего трения. Для эффективности воздействия на процесс резания метал­лов в смазочно-охлаждающие жидкости вводят химиче­ски активные добавки.

Исследованиями академика П. А. Ребиндера [15] до­казано, что введение в СОЖ активных добавок уско­ряет процесс диспергирования обрабатываемого мате­риала под действием адсорбции молекул поверхностно­активных веществ. Для объяснения этих явлений академиком Б. В. Дерягиным была предложена гипо­теза о расклинивающем действии СОЖ. При резании металлов жидкость проникает в микротрещины, актив­но способствует их росту и тем самым создает так на­зываемую зону предразрушения.

Опыты показывают, что адсорбционный эффект пла­стифицирования металла имеет существенное значение в процессах резания, проводимых с весьма тонкими (порядка 0,02—0,03 мм) толщинами стружки [12]. От­сюда «следует, что адсорбционное облегчение деформа­ции проявляется в таких ответственных видах обра­ботки, как шлифование, шевингование и хонингова­ние. Состав жидкости, применяемый при доводочном шлифовании и хонинговании, влияет на процесс обра­ботки и на качество поверхности детали больше, чем при всех других видах обработки металлов резанием.

Основные требования, предъявляемые к СОЖ при хонинговании: быстрый отвод тепла, отсутствие заса­ливания абразивных брусков, хорошие моющие свой­ства и смазывающая способность, стабильность, адсорб­ция, обеспечение низкой шероховатости обрабатываемой поверхности.

Максимальные значения окружной скорости хонин­говальной головки зависят также и от вязкости СОЖ; так, например, при использовании керосина в качестве СОЖ для хонингования чугуна возможна реализация у_ок=100 м/мин. Рост вязкости СОЖ в этих же услови­ях вызывает необходимость снижения v_0K до 50 м/мин.

Наилучшие результаты по производительности и удельному расходу алмазов при хонинговании деталей из -серых чугунов и сталей получают при применении в качестве СОЖ керосина или смеси керосина с мине­ральными маслами [10, 12].

При обработке закаленной стали, по рекомендациям НИИтракторсельхозмаша (г. Москва), целесообразно применять керосин или смесь керосина и 10—15% ве­ретенного масла № 2 или другого минерального масла.

Добавка масел к керосину повышает вязкость СОЖ, ее смазывающее действие и снижает шероховатость по­верхности, но одновременно уменьшает интенсивность съема металла. Так, при обработке закаленной стали увеличение, в смеси масла до 20% уменьшает интенсив­ность съема металла на 10%, а увеличение его до 50% — на 30%.

Чем тверже обрабатываемый материал и больше припуск, тем менее вязкой должна быть СОЖ. Поэтому жирные добавки полезны главным образом для работы мелкозернистыми алмазными брусками, когда необхо­димо получить шероховатость поверхности /?a = 0,32-f- --0,04 мкм у деталей из сравнительно вязких сталей.

Добавление в керосин 10—20% минерального масла при хонинговании чугунных деталей хотя и уменьшает интенсивность съема металла, однако улучшает шеро­ховатость поверхности и может быть рекомендовано для чистовых операций.

Применение керосина или смеси керосина с мине­ральными маслами имеет некоторые существенные не­достатки, связанные с пожароопасностью, раздражени­ем кожи, сравнительно высокой стоимостью и плохими теплоотводящими свойствами.

Указанными недостатками не обладают СОЖ на водной основе, однако они имеют недостаточную мою­щую и смазывающую способность. Эффективность при­меняемых жидкостей связана с их смачивающей способ­ностью, которая проявляется в проникновении в зону резания, в быстром растекании и вымывании отхода хонингования, в образовании прочной пленки, устраня­ющей адгезию трущихся пар.

Чем больше поверхностное натяжение жидкости, т. е. чем больше сила, действующая между ее молеку­лами, тем хуже она смачивает различные поверхно­сти [15].

Составы водных растворов поверхностно-активных веществ, рекомендуемые в качестве СОЖ при чистовом хонинговании стальных закаленных деталей, приведены в табл. 10. Для усиления моющего действия в состав

Таблица 10

№ 1 рекомендуется вводить 0,25—0,6% нафтенового мыла, что, однако, незначительно снижает интенсив­ность съема металла.

Состав водного раствора, рекомендуемого НИИтрак- торсельхозмашем для предварительного и окончатель­ного абразивного хонингования чугунных деталей, включает тринатрийфосфат 0,25—0,6%, нитрит натрия 0,25%, кальцинированную соду 0,25%, буру 0,25 %, воду остальное.

СОЖ на основе водных растворов, составы которых приведены в табл. 10, при абразивном хонинговании деталей из стали й чугуна могут заменить керосин. На­ряду с водными растворами в качестве заменителей ке­росина и керосино-маслянных смесей можно применять низкоконцентрированные и высококонцентрированные эмульсии. Их достоинствами являются стабильность состава, создание антикоррозионной пленки на деталях станков, улучшение шероховатости обрабатываемой поверхности, безвредность для здоровья рабочих. В табл. 11 даны рекомендации по составу эмульсий.

Таблица И

Высококонцентрированные эмульсии рекомендуется применять при хонинговании закаленных сталей, а низ­коконцентрированные при хонинговании чугуна, стали и цветных металлов. Смазочно-охлаждающие жидкости на водной основе частично применяются при хонинго­вании чугуна и стали обычными абразивными брус­ками.

Новая СОЖ на водной основе. Учитывая перечис­ленные выше недостатки керосина, который в настоя­щее время используется в качестве СОЖ при хонинго­вании металлов, возникла необходимость в создании нового состава СОЖ на водной основе, способного за­менить керосин или смесь керосина с минеральными маслами при алмазном хонинговании чугунных и сталь­ных деталей.

Состав СОЖ подбирали в несколько этапов. На пер­вом этапе испытывались различные присадки к керо­сину и воде. При испытаниях за эталонную жидкость был принят чистый керосин. Эксперименты проводились на вертикально-хонинговальном станке мод. ЗМ82 с ис­пользованием специальной технологической оснастки и алмазных брусков АС В 100/80—Ml —100%, АСВ 100/80—MCI5—100%, АСВ 250/200—Ml —100%. В ка­честве образцов служили кольца d = 74 мм, # = 20 мм из серого отожженного чугуна СЧ 28-48, закаленные до твердости HRC 36—45. Режимы хонингования были по­стоянными: а₀к = 45,8 м/мин, о_Вп = 3,6 м/мин, /?_уд = 8— 12 кгс/см², ^ = 3 мин. Съем металла определяли измере­нием диаметров образцов в четырех плоскостях и трех сечениях индикаторным нутромером с ценой деления 0,01 мм до хонингования и после него. Износ алмазных брусков определяли взвешиванием на аналитических ве­сах мод. АД-200 (с точностью ±0,1 мг). Бруски перед взвешиванием промывали бензолом и просушивали.

Результаты экспериментов приведены в табл. 12. Как видно из табл. 12, алмазное хонингование с вод-

ньтм раствором ИСК (натриевая соль кислого гудрона) на крупнозернистых брусках (АСВ 250/200) дало са­мую высокую производительность и самый низкий удельный расход алмаза, на мелкозернистых брусках (АСВ 100/80) показатели алмазного хонингования с водным раствором НСК и с керосином практически не отличаются.

После сравнительного испытания была проведена работа по уточнению оптимального состава СОЖ НСК. Для чего было изготовлено 12 видов СОЖ на водной основе, в состав которой входила НСК.

В целях повышения моющей способности и антикор­розионных свойств жидкости в ее состав добавляли различные компоненты (табл. 13).

Наибольший эффект был получен при испытании жидкости НСК-5, в состав которой входят: НСК 3%, тетраборнокислый натрий 0,25%, натрий азотнокислый 0,25%, триэтаноламин 1,5% и вода 95%     [18]. Состав

СОЖ НСК-5 обладает хорошими моющими, антикор­розионными и консервационными свойствами. Кроме того, СОЖ НСК-5, обладая повышенной поверхностной активностью, облегчает процесс резания, повышает ин­тенсивность съема металла и уменьшает удельный расход алмазов.

Применение алмазного хонингования с водным рас­твором НСК-5 на крупнозернистых брусках (зерни­стость 160/125 и выше) обеспечивает высокую произво­дительность процесса и меньший удельный расход ал­мазов по сравнению с керосином. На мелкозернистых брусках (зернистость 125/100 и ниже) показатели ал­мазного хонингования деталей из чугуна и стали с водным раствором НСК-5 и керосином практически не отличаются.

Водные растворы имеют значительно лучшие охлаж­дающие свойства, чем керосин или другие углеводород­ные жидкости, хотя у водных растворов, как правило, значительно меньшая смачиваемость, и это при том, что с применением активных присадок поверхностное натя­жение, определяющее в некоторой степени смачивае­мость, значительно выше, чем у чистого керосина. Именно этим, т. е. недостаточной смачиваемостью и смывающей способностью водных растворов и объяс­няется ухудшение показателей алмазного хонингования с переходом на меньшую зернистость, так как при мень­шей зернистости алмазного бруска условия смывания продуктов резания (частиц снятого металла и изно­шенной связки) значительно ухудшаются.

Представляет интерес характер изменения относи­тельной интенсивности съема металла во времени при обработке закаленного чугуна с применением различ-

Рис. 44. Изменение отно­сительной интенсивности съема металла во време­ни в зависимости от со­става СОЖ:

1 — вода + 3% НСК; 2 — ке­росин + 3% СБЗ; 3 — соля­ровое масло + 3% СБЗ

ных охлаждающих жидкостей (рис. 44). При использо­вании водного раствора НСК съем металла в единицу времени имеет тенденцию к повышению.