Каналы для подвода СОЖ

Достижения в области производства твердых сплавов позволяют выполнять точное размещение каналов для подвода СОЖ внутри инструментов для проточки канавок

Проточка канавок практически в любом материале создает трение, что приводит к нагреванию, которое отрицательно влияет на срок службы инструмента. Преимущества правильного использования и применения СОЖ на водной или масляной основе, снижающей силу трения, очевидны.

Производители разрабатывают свои смазочно-охлаждающие жидкости с целью снижения силы трения за счет смазки и рассеивания тепла. Чем ниже температура в ходе обработки канавок, тем выше качество обработки поверхности и потенциальный удельный съем материала. Кроме того, жидкости для металлообработки способствуют отводу стружки из зоны резания и могут предотвратить появление коррозии на самом станке.

Основные принципы выбора жидкостей

Выбор подходящей жидкости требует базовых знаний по составу охлаждающей жидкости, а также понимания ее целевого применения.

Смазка на масляной основе (с добавками или без таковых) используется с целью получения высокого качества обработки поверхности на конечной детали. Эти нефтепродукты предлагают великолепную смазывающую способность, помогают предотвратить образование ржавчины и не требуют особых условий хранения.

Охлаждающие жидкости или эмульсии на водной основе часто используются в тех случаях, когда после обработки поверхности важную роль играет охлаждение. Мыльные растворы типа «масло в воде» обеспечивают смазку, в составе которой минеральное масло может отсутствовать, и разрабатываются с целью эффективной передачи тепла. Эти жидкости являются невоспламеняемыми, они устойчивы к микробному разложению и содержат антикоррозийные добавки.  

Сухое точение

Точение закаленных деталей

Точение закаленных деталей с помощью инструментов из поликристаллического кубического нитрида бора (PCBN) становится возможным в условиях обработки без СОЖ

Методы охлаждения, не имеющие эффекта смазки, включают в себя криогенные газы, сжатый воздух и сухое резания (без смазочно-охлаждающей жидкости). Криогенное охлаждение включает в себя такие процессы, как использование жидких газов (например, азота) при температуре не выше -196°С. В этом случае необходимо использовать специальные системы подачи, такие как изолированные баки, вакуумные шланги с изоляцией и инструменты, специально разработанные для работы при таких низких температурах. По сравнению с жидким азотом, сжиженный углекислый газ (CO2) требует меньше ресурсов для хранения и работы при температурах не выше -78°C. Обе технологии обеспечивают уникальные преимущества в ходе проточки канавок на деталях из титана, либо сплавов на никелевой основе. Эти материалы являются жаропрочными, а в ходе механообработки на режущей кромке создаются высокие термальные нагрузки. При отсутствии правильного покрытия или подходящих методов охлаждения для отвода тепла чрезмерный нагрев приводит к быстрому износу кромки.

Усилия, прилагаемые с целью снижения себестоимости механообработки, привели к инновациям в сфере резания без СОЖ. Несколько лет назад в европейской автомобильной промышленности посчитали, что от 14 до 16 процентов от общей стоимости механообработки могут выделяться на использование, обслуживание и утилизацию СОЖ. Новые достижения в области покрытий инструментов дают возможность производителям использовать резание без СОЖ на отливках, полученных по выплавляемой модели и на любых других материалах. При обработке стеклопластика, керамики, графита и карбида в сыром состоянии (неспекшийся сплав) сжатый воздух используется для удаления частиц пыли с зоны резания методом продувки. В этом случае пыль собирается с помощью вакуумной системы с целью утилизации или выброса.

Пластина Horn S100

Horn утверждает, что новая пластина S100, предназначенная для проточки канавок и отрезки, позволяет подавать СОЖ в точно заданном направлении. Геометрия стружколома 3V и износостойкое покрытие TiAIN для обработки нержавеющей стали являются расширением системы S100. Отверстия для прохождения охлаждающей жидкости предназначены для работы непосредственно в зоне резания и подают струю СОЖ в точном направлении, что снижает возможность появления нароста на режущей кромке, а также скопления стружки

И, напротив, охлаждение методом полива дает возможность направлять большие объемы охлаждающей жидкости по направлению к рабочей зоне. Обеспечение настолько больших объемов жидкости является эффективным при охлаждении, смазке и удалении крупной стружки. В основном, этого достаточно в тех зонах, где между заготовкой и режущим инструментом находится очень мало препятствий.

Тем не менее, использование охлаждающей жидкости под высоким давлением дает достаточно преимуществ перед поливом заготовки с помощью большого объема охлаждающей жидкости. Всего лишь при давлении 73 psi (5 бар) износ инструмента начинает снижаться по сравнению с методом полива посредством охлаждающей жидкости, что повышает время мехобработки. Встроенная кромка начинает изнашиваться, когда давление превышает 290 psi (20 бар), что снижает время простоя станка. Кроме того, дробление стружки в ходе обработки материалов, дающих длинную стружку (например, при обработке высокопрочных сплавов на никелевой основе), становится возможным при давлении выше 2.175 psi(150 бар).

Охлаждение режущей зоны и удаление стружки являются первичными задачами вне зависимости от метода, будь то СОЖ, подаваемая поливом, минимальное использование СОЖ или охлаждение с помощью сжатых газов. Характеристики станка, ограничения для инструментов, конфигурация и крепления деталей могут затруднить способ подачи. В результате многие производители инструментов для обработки канавок приступили к разработкам инструментальной оснастки с учетом возможностей, которые дает наличие отверстия для подачи СОЖ.

Зона резания

В ходе каждого процесса жидкостного охлаждения, СОЖ на масляной или водной основе направляются в сторону режущей кромки инструмента, но могут не достигать зоны резания. По мере роста температуры, в зоне резания образуется пар из охлаждающей жидкости. В результате формируются микроскопические пузырьки с температурой выше 1.832°F (1.000°С), которые не дают жидкости соприкасаться с зоной резания.

Держатель VDI

Держатель VDI с каналом под СОЖ (на рисунке отмечен красным цветом) подает жидкость напрямую через сменную твердосплавную пластину

Струя охлаждающей жидкости под давлением 725 psi (50 бар) может «перейти» или разбить эти пузырьки. Для этого необходимо, чтобы охлаждающая жидкость подавалась под давлением между режущей кромкой и заготовкой.

Подача жидкости под давлением может затрудняться при прохождении через внешние трубы и наконечники для подачи СОЖ, а особенно через канавки или глубокие отверстия, где обрабатываемый материал становится препятствием. Эта процедура требует постоянного контроля.

Растущий спрос на высокую производительность в ходе проточки канавок на заготовках из современных марок стали с учетом повышенного уровня прочности и твердости привел к внесению конструктивных улучшений режущих инструментов.

Отрезная державка квадратного сечения с внутренними каналами подвода СОЖ

Отрезная державка квадратного сечения с внутренними каналами подвода СОЖ обеспечивает поступление жидкости под давлением в зону ниже области резания

Производители инновационных инструментов являются лидерами в этой области и уже разработали новые процессы охлаждения, где задействованы пары СОЖ под высоким давлением. Эти разработки включают в себя различные методы подачи жидкостей через держатель инструмента и методы точного направления струи охлаждающей жидкости напрямую к заготовке через наконечник для подачи СОЖ, зажимные приспособления и прочие соответствующие поверхности. Инструменты для проточки канавок, имеющие внутренние каналы для СОЖ подают жидкость так, чтобы она прошла по заданному направлению и удалила стружку. В результате охлаждающая жидкость, подаваемая через инструментальную оснастку, значительно повысила срок службы инструмента и производительность за счет модернизации всего рабочего процесса.

Удаление стружки

Эффективное охлаждение рабочей зоны требует подачи охлаждающей жидкости таким образом, чтобы она соприкасалась с зоной резания между инструментом и обрабатываемой поверхностью, что особенно важно в ходе отрезки и обработки канавок, поскольку речь идет о работе со стружкой. Доступ к зоне резания может быть затруднен для эффективного охлаждения, поскольку полоска снятого материала закручивается в спираль, заворачивающуюся на саму себя.

Эта полоска продолжает заворачиваться еще больше и становится похожей на часовую пружину, не позволяя охлаждающей жидкости соприкасаться с режущей кромкой инструмента. Сложная геометрия стружколома способствует дальнейшему мельчайшему дроблению стружки, но эти частицы продолжают забивать рабочую зону.

Криогенное охлаждение с помощью жидкого азота

Криогенное охлаждение с помощью жидкого азота требует применения инструмента, который способен работать при температуре ниже -196°С

Достижения в области карбидных подложек позволяют размещать канал для охлаждающей жидкости как раз позади режущей кромки пластины. Пока стандартный цельный резец с возможностью применения отверстия для подачи СОЖ предлагается на рынке продаж в течение многих лет, охлаждающие и криогенные жидкости под высоким давлением подаются уже через держатели инструментов и сменные режущие пластины, которые они поддерживают.

Смазочные охлаждающие жидкости, подаваемые через пластины, которые точно направляются в зону резания, помогают формировать и удалять стружку, а также эффективно охлаждать зону резания. Точная подача СОЖ способствует снижению износа инструмента, повышает надежность всего рабочего процесса и позволяет применять улучшенные параметры резания.

В момент охлаждения требования к самому процессу так же важны, как и выбор правильного режущего инструмента. Решающим критерием является изучение характеристик различных станков, существующих охлаждающих жидкостей и способов подачи СОЖ.

Если вам интересны другие полезные материалы про все, что связано с отрезкой и обработкой канавок, различными видами токарного инструмента,  современными методиками и технологиями резания, то советуем заглянуть в рубрику «Токарная обработка».

 

Источник материала: перевод статьи
Cool Groove,
Ctemag.com

Автор статьи-оригинала:
Джейсон 
Фартинг (Jason Farthing),
Horn USA

Об авторе:

Джейсон Фартинг (Jason Farthing) отвечает за технические продажи и маркетинг в компании Horn USA Inc. 



Понравилась статья? Поделитесь: