 |
Реклама. ООО ГК "ВЕЛУНД СТАЛЬ СИБИРЬ" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjdu9Fh1
| |
Использование легкоплавких металлов для интенсификации процессов механической обработки
Физико-химическое влияние технологической среды при резании приобретает важное, во многих случаях определяющее значение. Известно, что в условиях высоких контактных давлений только наличие в смазке поверхностно-активных компонентов (например, органических кислот, мыл или спиртов), адсорбирующихся на новых участках поверхности, ограждает ее от выдавливания при обработке давлением. Понижение свободной поверхностной энергии обрабатываемого материала в присутствии поверхностно-активного вещества обеспечивает пластифицирование тончайшего поверхностного слоя вследствие понижения поверхностного потенциального барьера, преодолеваемого дислокациями при их перемещении в приповерхностном слое. Обоснованный выбор компонентов смазки дает снижение усилий, например, при волочении металла, увеличение предельного обжатия за один проход и улучшение качества поверхности. На этих операциях используют относительно слабопластифицирующее воздействие адсорбционных слоев активных компонентов среды.
При резании и тонком диспергировании целесообразно применение сильных поверхностно-активных сред, вызывающих резкое понижение прочности материала, т. е. облегчение процесса его разрушения. Характерным примером такого сильного проявления эффекта Ребиндера служит охрупчивание металлических и поликристаллических металлов при контакте с различными легкоплавкими металлическими смесями; прочность может падать при этом в 2-3 раза (и даже в десятки раз), и металл из высокопластичного становится хрупким. Здесь имеет место обратимое физико-химическое влияние среды, не связанное с протеканием химических и электрохимических процесов,. коррозии и растворения, состоящее в понижении удельной свободной поверхностной энергии твердого тела, т. е. работы образования его новых поверхностей в момент их возникновения в процессах деформации и разрушения.
Физический смысл влияния среды на прочность заключается в том, что компенсация новых связей, возникающих в ходе разрушения, родственными атомами легкоподвижной среды облегчает разрыв этих связей, т. е. развитие новой поверхности. Сходство в химическом строении является главным условием, определяющим возможность сильного понижения поверхностной энергии твердого тела на границе со средой по сравнению с исходным ее значением в вакууме (или собственном паре) и тем самым возможность сильного влияния среды на механические свойства данного твердого тела.
Практически для всех видов твердых тел (кристаллических и аморфных, сплошных и пористых, с металлическим, ковалентным, ионным и молекулярным строением) существуют такие среды, родственные по химическому составу и строению, которые в большой степени обеспечивают компенсацию появляющихся при разрушении тела связей (т. е. сильно понижают свободную поверхностную энергию возникающей вновь поверхности) и тем самым могут привести к резкому понижению прочности данного твердого тела.
Вместе с тем условие сильного понижения свободной поверхностной энергии составляет лишь необходимое, но недостаточное условие заметного понижения прочности материала. Степень влияния среды связана со многими обстоятельствами, в том числе с реальной дефектной структурой данного твердого тела, с температурой взаимодействия тел, временем контакта со средой, количеством наносимого на поверхность активного компонента и условиями его распространения к зоне разрушения. Только при совокупности внешних условий, т. е. при определенном характере и интенсивности напряженного состояния, проявляется эффект Ребиндера. Наиболее ярко эффект проявляется в жестких напряженных состояниях с преобладанием напряжений растяжения и обычно исчезает в условиях сжатия. Таким образом, степень проявления эффекта Ребиндера определяется большим числом факторов, варьируя которыми можно управлять этим эффектом как в направлении защиты от него, так и для его полезного применения.
Адсорбционный эффект Ребиндера может быть использован для облегчения разнообразных процессов разрушения и диспергирования, включая измельчение и разные формы резания (сверление, фрезерование, шлифование). Вообще говоря, резание, например сверление, характеризуется весьма благоприятной совокупностью условий: для сильного проявления эффекта Ребиндера высокими локальными напряжениями при сложном напряженном состоянии, значительными скоростями, циклическими нагрузками. Такие «жесткие» условия испытаний и мгновенное смачивание ювенильной поверхности активной средой дают возможность на время обработки существенным образом изменить механические свойства твердого тела в зоне резания.
Жидкометаллическая среда оказывает на процесс резания двойственный характер: с одной стороны, она повышает температуру обрабтываемой заготовки, т. е. имеет место обработка с предварительным нагревом материала срезаемого слоя, а с другой стороны, происходит нагрев режущего инструмента. Кроме того, жидкометаллическая среда действует как смазка, эффект диспергирования которой может быть в десятки раз большим, чем у обычных СОЖ.
 Высокая поверхностная активность металлических расплавов при введении их в зону резания способствует адсорбции на ювенильных поверхностях стружки и инструмента, образуя пленку с низким сопротивлением сдвигу, выдерживающую большие нормальные давления. Пленка ослабляет адгезионные связи между инструментом и деталью. На рис. 53 представлены экспериментальные зависимости средней удельной силы трения от среднего давления стружки на переднюю поверхность инструмента в различных технологических средах. Результаты получены при свободном резании инструментом, имеющим φ = 90°, λ = 0° и у = 0-9°. Если удельная сила трения мало зависит от удельного давления ( кривая 1), то для эвтектического сплава Sn-Zn при малых значениях удельного давления она значительно меньше, а при давлении 5 кгс/мм2 примерно такая же. С повышением давления технологическая среда вытесняется с контактных поверхностей до тех пор, пока трущиеся поверхности не станут соприкасаться по всей площади контакта. Коэффициент трения при резании в среде эмульсии с ростом среднего удельного давления уменьшается. Для среды Sn-Zn, наоборот, до значений удельного давления 50-55 кгс/мм2 он повышается, а затем также уменьшается.
Снижение сил трения при резании в среде жидкого металла уменьшает степень пластической деформации металла и, как следствие, силы резания (рис. 53). При резании в жидкометаллической среде Sn - Zn наблюдается переход к образованию стружки скалывания при малых значениях толщины среза. Микрофотографирование корней стружки показало, что жидкий металл проникает между отдельными элементами.
Охлаждающее действие смазки определяется разницей температуры в зоне резания и технологической среды, величинами теплопроводности и теплоемкости. Учитывая большую теплопроводность металлических смазок, можно предположить, что охлаждающее действие расплава будет значительным.
При резании в среде расплавленного металла уменьшаются мощности источников тепла вследствие как снижения работы, затрачиваемой на пластическую деформацию и трение, так и более интенсивного теплообмена на поверхностях инструмента. Это объясняется высокими теплопроводностью и температурой кипения, низкой величиной давления парообразования жидких металлов. Иллюстрацией вышесказанному является рис. 54, на котором приведены кривые охлаждения образца в различных средах. Наибольший темп охлаждения обеспечивает среда расплавленного металла.
На рис. 55 приведены результаты теплофизических расчетов по изменению температуры во времени с учетом теплообмена с жидким металлом. Максимальная температура
Т0 - температура среды; Bi - безразмерный критерий Био; Ре - безразмерный критерий Пекле.
Сравнительные эксперименты по торцовому фрезерованию сплавов на основе вольфрама показали, что широко применяемые в настоящее время СОЖ на органической основе оказывают на процесс резания незначительное влияние. Так, применение высокоэффективной СОЖ 5%-ного раствора НГЛ-205 позволило увеличить стойкость инструмента при фрезеровании сплава вольфрама ВПМ со скоростью резания v = 11 м/мин только на 10%. В связи с этим представляется актуальным исследование влияния жидкометаллических расплавов на процесс фрезерования.
Исследование влияния легкоплавких металлов на процесс резания было проведено на операции торцового фрезерования на вертикально-фрезерном станке, оснащенном ванной для крепления заготовки, с нагревателями для образования металлических расплавов. Обработку проводили однозубной фрезой (D = 42 мм, В = 35 мм), которую закрепляли в специально изготовленной оправке; режущая часть инструмента-твердый сплав ВК8. Режим поддержикали следующий: v= 11-45 м/мин, s = 0,2 мм/зуб, t = 0,5 мм. Геометрия инструмента: у = 0°; а=10°, φ = 60°, φ1 = 20° . |
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ