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
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.
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.
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.
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.
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.