Автореферат Капаевой С.Д.


 

УДК 621.9.075                                                          На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КАПАЕВА САРКЕН ДЖУЛГАЗЫВНА

 

 

 

Стойкость токарных резцов при использовании водорастворимой полимерной СОЖ

 

 

 

 

05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

 

 

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

 кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2008

Работа выполнена на кафедрах «Станкостроение, материаловедение и технология машиностроительного производства» КазНТУ им. К.Сатпаева и «Машиностроение и технология конструкционных материалов» ВКГТУ им. Д.Серикбаева

 

 Научный руководитель: 

 

- доктор технических наук, профессор                                   Тусупбеков М.Р.

 

Научный консультант:

 

- кандидат технических наук, доцент                                      Комков Н.М.

 

 

Официальные оппоненты:

 

- доктор технических наук, профессор                                    Муслимов А.П.

 

- кандидат технических наук, доцент                                       Тулекбаев Е.Т. 

 

 

Ведущая организация: Карагандинский государственный технический университет 

 

 

 

Защита состоится «25» апреля 2008 года в 1430 часов на заседании Диссертационного совета Д 14.17.02 при Казахском национальном техническом университете им. К.И.Сатпаева по адресу : 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева 22, конференц-зал Института машиностроения, МСК-7.

Факс 8(7272)92-60-25, т.р.92-09-01. E-mail@ntu.kz

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И.Сатпаева

 

 

Автореферат разослан «_20_»__03_2008 года

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук                                                                   Сазамбаева Б.Т.

 

Введение

 

В обеспечении подъема экономики ведущую роль играет машиностроительная отрасль и, в частности, обработка металлов резанием. При этом в развитии машиностроения большое внимание уделяется совершенствованию технологии механической обработки, повышению производительности и точности, увеличению износостойкости режущего инструмента. Ритм производства требует увеличения количества и номенклатуры   режущего инструмента и, естественно, увеличения расхода легирующих компонентов для производства твердых сплавов. В данной ситуации особое значение приобретает увеличение срока службы уже имеющегося режущего инструмента, повышение его износостойкости. Решению этой проблемы может оказать и выбор смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).

В настоящее время на металлообрабатывающих предприятиях Казахстана сложилось затруднительное положение с обеспечением качественными СОЖ.  Резко снизились поставки жидкостей типа Укринол, МР и других, выпускаемых заводами стран СНГ. При этом поставщики импортных станков требуют  применения СОЖ, произведенными своими фирмами в связи, с чем возникла необходимость их замены эффективными отечественными жидкостями.

На основании проведенного обзора различных известных смазочно-охлаждающих технологических сред используемых в обработке   металлов резанием, выявлена новая перспективная в развитие группа СОЖ на основе водорастворимых полимеров. Проведен сравнительный анализ  функциональных, технологических характеристик СОЖ на основе водорастворимых полимеров. Эти жидкости по своим технологическим свойствам не уступают или даже превосходят известные составы на основе продуктов перегонки нефти.

 В ранних работах различных ученых исследование водорастворимых полимерных СОЖ рассматривалось на процессах фрезерование, шлифование, резьбонарезание, зубонарезки, но в точение значительно меньше, хотя этот вид занимает в общем объеме металлообработки современного машиностроения больший процент.

При наличии действующего станочного парка токарной группы станков для одного машиностроительного предприятия, необходимое количество СОЖ  составляет до 6 тонн в год. Стоимость СОЖ ЭГТ для завода АО«Востокмашзавод» с учетом транспортировки из г.Омск, России составляет 124 тенге за 1 кг. Для  АО «Усть-Каменогорский арматурный завод» закупка «Аквол-11» обходится 250 тенге за 1 кг. Поэтому замена их дешевой СОЖ, не уступающей по своим технологическим характеристикам и, при этом, уменьшающей износ токарных резцов, принесет большую экономию предприятию.

Для решения данной проблемы необходимо разработать новые составы смазочно-охлаждающих жидкостей на основе водорастворимых полимеров для токарной обработки, повышающие износостойкость резцов.

Данная работа посвящена повышению стойкости токарных резцов путем исследования влияния водорастворимой полимерной  СОЖ на износостойкость токарных резцов, качество обработанной поверхности при точении  конструкционных и легированных сталей. 

Актуальность проблемы заключается в увеличении ресурса работы, повышении стойкости наиболее распространенных металлорежущих инструментов - токарных резцов за счет расширения номенклатуры отечественных СОЖ. Решение этой задачи является актуальной проблемой для машиностроения Казахстана.

Цель работы: разработка новых составов водорастворимой полимерной СОЖ и исследование влияния их на стойкость токарных резцов.

Научная новизна работы. Разработаны новые составы СОЖ исследование, которых позволило выявить ранее неизвестные особенности влияния составляющих СОЖ с водорастворимыми полимерами на механизм износа инструмента и параметры качества обработанной поверхности:

- зафиксировано появление гидроклина, которое можно соотнести к эффекту Ребиндера, что приводит к снижению износа токарного резца;

- определен рациональный состав СОЖ с водорастворимыми полимерами, который является более эффективным в повышении стойкости  токарных резцов;

- разработаны математические модели стойкости токарных резцов с учетом выявленного эффекта Ребиндера для чернового, получистового и чистового точения. 

Положения, выносимые на защиту:

- расклинивающий эффект полимерной СОЖ образуется в результате давления в объеме жидкости и давления адсорбционной полимерной пленки;

- методика расчета давления жидкости водорастворимой СОЖ в поре металла, переходящая в трещину за счет расклинивающего давления жидкости и полимерной пленки;

- существенное снижение угла текстуры сдвигаемых слоев в зоне резания при токарной обработке за счет СОЖ ВП-4;

- выявленный гидравлический клин СОЖ на основе водорастворимых полимеров в зоне резания разрывает межкристаллические связи металла (эффект Ребиндера), значительно уменьшая усилие резания и как следствие повышая стойкость токарных резцов.

Практическая значимость работы:

- решена научно-техническая проблема по увеличению износостойкости токарных резцов с помощью разработанных СОЖ на основе водорастворимых полимеров, в качестве которых используются дешевые отходы производства целлюлозно-бумажной промышленности и производства этилового спирта;

- использование подобных СОЖ дает: увеличение стойкости токарных резцов в 1,2-1,5 раза, качество обработанной поверхности, экономию твердого сплава режущего инструмента и улучшение экологической обстановки;

- применение данных СОЖ позволит улучшить качество обработанной поверхности;

- результаты исследований в дальнейшем могут быть использованы в качестве научной основы при разработке высокоскоростных режимов резания высоколегированных, вязких металлов с целью увеличения производительности процесса резания (особенно при зубофрезеровании и протягивании).

Результаты работы используются в учебном процессе ВКГТУ при чтении дисциплин «Теория резания» и «Проектирование и производство металлорежущего инструмента», что подтверждено актами внедрения НИР.

Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на международных конференциях:

- «Казахстан 2030: Углубление реформ и проблемы научно-технического прогресса» г.Усть-Каменогорск, ВКГТУ, 1999г.

-  «Индустриально-инновационная политика – новый этап развития Казахстана» г.Усть - Каменогорск, ВКГТУ, 2003 г.

- Международный конгресс «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» г.Белгород, 2003 г.

-  « Наука и молодые ученые» г.Алматы, , КазНТУ, 2004г.

- «Проблемы трансграничного загрязнения территории» г.Усть-Каменогорск, ВКГТУ,2004г.

По результатам научной работы имеется акт внедрения в производство АО «Усть-Каменогорский арматурный завод

Публикации.

 По теме диссертации опубликовано 18 работ из них: 10 материалов научно-технических конференций, 2 статьи. Имеется 6 Предпатентов  Республики Казахстан и 3 заявки на предполагаемые изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, пяти приложений, изложенная на 138 страницах и  содержит: 52 рисунка, 14 таблиц, список использованных источников из 152 наименований.

 

Основная часть

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулирована цель работы, представлены научная новизна и практическая значимость результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, структура и объем диссертации.

Объект исследования. Токарные резцы с механическим креплением режущей пластины из твердого сплава различных марок.

Направление исследования. Разработка и исследование новых составов водорастворимой полимерной СОЖ для токарной обработки. Выбор оптимального состава, повышающий износостойкость токарных резцов, качество обработанной поверхности, и имеющий низкую себестоимость.

Материалы и методика исследований

В соответствии с целью работы требовалась поставка задачи с решением  их в следующей последовательности:

1) разработка и изготовление новых составов водорастворимых полимерных СОЖ с целью их дальнейшего исследования;

2) планирование экспериментов для определения лучшего состава СОЖ и, с учетом планирования, проведение  исследований его по влиянию на процесс резания, шероховатость обработанной поверхности и износ токарных резцов в сравнении с эталонными, заводскими СОЖ. Разработка рекомендации по ее использованию; 

3) раскрытие механизма действия водорастворимой полимерной СОЖ на процесс резания, стойкость токарных резцов.

Экспериментальные исследования СОЖ проводились при точении стали марок Сталь20, 40Х, 12Х18Н9Т, наиболее широко применяемых при изготовлении деталей на машиностроительных заводах Восточно-Казахстанского региона.

Составлен порядок проведения лабораторных  и экспериментальных исследований процесса износа инструмента и шероховатости обработанной поверхности.

Исследования процесса износа токарных резцов и качество обработанной поверхности проводились с использованием лабораторной установки и метрологических микроскопов.

Применены стандартные методы экспериментальных исследований контактных процессов резания, результаты которых, обрабатывались методами математической статистики с использованием  ЭВМ.

С целью определения физико-механических свойств разработанных составов СОЖ, применялись методики и приборы из лабораторного курса по исследованию свойств жидкостей.

 

Исследование в направление создания СОЖ с заданными технологическими характеристиками

Подбором различного сочетания  полимеров, способных оказать то или иное действие, можно создать СОЖ с заданными технологическими свойствами. Изучив свойства поверхностно-активных веществ, с целью их применение  в разработке новых составов СОЖ, было определено, что для достижения необходимых технологических характеристик жидкости, необходимо использовать полимеры с взаимоисключающими свойствами, которые понижают силы поверхностного натяжения и повышают ее вязкость. С этой целью разработаны девять составов СОЖ с различным содержанием полимеров. На данные составы получены предпатенты РК.

По экспериментальным и расчетным данным контактных напряжений, под действием полимерных СОЖ, было установлено уменьшение касательных напряжений и возрастание нормальных напряжения сдвига (рисунки 1), что приводит к сокращению длины контакта, увеличению угла сдвига и уменьшению усадки стружки.

 

 

 

 

Рисунок 1–Зависимость касательных (qF ) и нормальных напряжений (qN)от скорости резания при точении стали 20

 

Для дальнейшего улучшения технологических свойств СОЖ,  потребовалось проведение исследований по ее влиянию на температуру в зоне резания при варьировании режимов резания (V, м/мин; S, мм/об; t, мм). С целью повышения охлаждающего свойства СОЖ в данный состав,  наряду с другими полимерами, были введены спиртосодержащие водорастворимые полимеры - отходы целлюлозно-бумажного и спиртового производства. Экспериментальные исследования нового состава СОЖ показали уменьшение температуры резания (рисунок 2). В результате действия водорастворимых полимеров изменился механизм резания. Действие адсорбции полимерной пленки увеличилось, угол действия силы стружкообразования уменьшился, и возросли нормальные силы сдвига.

Рисунок 2 - Зависимость изменения температуры резания (θ) от скорости (V) при черновом точении стали 20 резцом с пластиной ВК-6 при S=0,8 мм/об, t=2,5 мм

 

Исследование влияния новых водорастворимых полимерных составов СОЖ на стойкость резцов и шероховатость поверхности

Установив критерии оценки составов СОЖ, по задней поверхности инструмента (hз, мм) и качеству обработанной поверхности, шероховатости (Ra), проведены предварительные исследования разработанных составов смазочно-охлаждающих жидкостей. В результате анализа критериев установлено, что наилучшим является  девятый состав (рисунок 3,4).

Рисунок 3 – Влияние разработанных составов полимерной СОЖ на износ по задней поверхности токарных резцов

 

Рисунок 4 – Влияние разработанных составов полимерной СОЖ на шероховатость обработанной поверхности токарными резцами

 

Данный девятый состав дополнительно проработан на определение оптимальной концентрации полимеров в СОЖ, положительно влияющий на стойкость резцов (рисунки 5,6).

Рисунок 5 - Влияние концентрации (С) полимеров в различных составах водорастворимой СОЖ на стойкость резца, оснащенного твердым сплавом Т30К4, при точении конструкционной стали

                   

Рисунок 6 - Влияние концентрации (С) полимеров в различных составах водорастворимой СОЖ на стойкость резца, оснащенного твердосплавной пластиной ВК-6 при обработке легированной стали

 

Результаты стойкостных испытаний при точении конструкционных и легированных металлов в среде различных СОЖ показали, что наибольшая стойкость режущего инструмента достигается с применением четвертого состава водорастворимой полимерной СОЖ названный ВП-4 и имеющий следующее соотношение составляющих:

- неполная железистая соль полиакриловой кислоты          3,0;

- едкий натр                                                                              2,0;

- кальцинированная сода                                                         1,0;

- глицерин                                                                                 5,0;

- сульфитспиртовая барда                                                       5,5;

- поливиниламид                                                                      2,6;

- спиртовая барда                                                                     9,5;

- стеариновая кислота                                                              3,5;

- поливинилацетат                                                                   4,55;

- вода                                                                                        остальное.

Увеличение стойкости резцов достигнуто в среднем от 1,2 до 1,5 раза в исследуемом диапазоне режимов обработки (рисунок 7).

 

Рисунок 7- Зависимость периода стойкости (Т) токарных резцов с пластиной Т15К6 от скорости резания (V) при чистовом точении стали 20

На рисунке 8 (макроснимков режущих твердосплавных пластин резцов) показана разница в величине износа при обработке с водорастворимой СОЖ ВП-4 и эталонной СОЖ.

а)                                                               б)

               

 

а) обработка с СОЖ ЭГТ , hз=0,71 мм ; б) обработки с СОЖ ВП-4, hз=0,53 мм

Рисунок 8 - Режущая часть твердосплавной пластины Т15К6 токарного резца с зоной износа по задней поверхности инструмента

 

Исследовались качество обработанной поверхности и ее свойства. Исследование микротвердости обработанной поверхности образцов  точением этими резцами показали, что глубина наклепа при чистовой обработки составляет   hн ср = 0, 57 и позволило сделать вывод о лучшей адсорбции полимерной пленки СОЖ ВП-4 и охлаждении поверхностного слоя детали в сравнении с другими СОЖ.

По экспериментальным данным установлено повышение стойкости токарных резцов в 1,2-1,5 раза, и полученное при этом качество обработанной поверхности (шероховатости) составляет Ra=1,1мкм.

Графики зависимости стойкости инструмента от состава СОЖ получены экспериментально и обработаны с помощью программы Eхсеl  2003.

Выведены эмпирические зависимости стойкости инструмента (Т) от состава СОЖ ВП (%):

- для обработки конструкционной стали

 Т=7,5(СОЖ,%)0,12 , мин;                                                                                  (1)

 

- для обработки легированной стали

 Т=8,57(СОЖ,%)0,21-, мин.                                                                                (2)

 

Математические модели исследования стойкости резцов и шероховатости при чистовом точении представляют:

 

  , мин                                                                                                    (3)

,мкм                                                               (4)

 

 С использованием математического планирования получены результаты экспериментальных значений. Получены уравнения регрессии в пределах интервала варьирования при обработке результатов исследования влияния СОЖ ВП-4 на тепловые процессы в зоне резания:

   - при чистовом точении

, Сº ;                                                        (5)

 

 -  при получистовом точении

, Сº  ;                                                              (6)

 

  - при черновом точении

,Сº  .                                                            (7)

 

Полученные положительные результаты влияния СОЖ  ВП-4, в сравнение с существующими смазочно-охлаждающими жидкостями,  на стойкость токарных резцов объясняются особенностью механизма резания под действием адсорбционной полимерной пленки СОЖ ВП-4 и характером проходящей в металле деформации (рисунок 9).

Механизм действия заключается в том, что появляется расклинивающая сила , результирующая данной силы, и  совпадает по вектору с направлением силы сдвигающей , что приводит к увеличению результирующей  (суммарной силы):

 

                                                                                                      (8)

 

Рисунок 9 – Схема механизма резания с водорастворимой полимерной СОЖ ВП-4 с углом действия ω=28

 

Действующая результирующая сила из расклинивающего давления полимерной  пленки и давления в объеме жидкости, превышает предел текучести обрабатываемого материала и приводит к его разрушению. При этом на режущий инструмент резко снижается нагрузка, т.к. резание совершается с помощью давления гидравлического клина.

Данный механизм резания металлов в среде СОЖ ВП-4 получен в результате сочетания в жидкости таких свойств, как уменьшенное поверхностное натяжение, дающее хорошую смачиваемость поверхности и высокую вязкость. Сочетание этих свойств в СОЖ ВП-4 привело к возникновению расклинивающего давления в поре металла с образованием трещины, просматриваемое на микроснимке металлического шлифа (рисунок 10).

 

Рисунок 10– Зона плоскости сдвига с образованием клина адсорбционной пленкой полимерной СОЖ ВП-4

 

Механическое пластифицирование в поверхностном слое металла при точении с образованной адсорбционной расклинивающей пленкой смазочно-охлаждающей жидкости ВП-4 привело в результате к эффекту Ребиндера.

Изучение физико-технических свойств СОЖ ВП-4 и анализ результатов экспериментальных данных изотерм расклинивающего давления полимерной пленки позволило сделать заключение: во-первых, изотермы расклинивающего давления пленки в плоскости сдвига меняется в пределах 8,95×102- 7,77×105 Па и толщина пленки в пределах 400-25 А0;  во-вторых, при достижении микротрещины величины более 50 к расклинивающему давлению прибавляется давление в объеме жидкости и достигает 2852025 Па ≈ 2,9 МПа, приводящее к разрушению в плоскости сдвига.

Исследование микроструктуры корня стружки (рисунок 11а) показало, что ряды деформированных зерен металла относительно плоскости сдвига находятся под углом ψ=52, углом текстуры, и в близи непосредственно поверхностного слоя.

Такое расположение деформированных зерен вызывало поверхностное упрочнение, повышение микротвердости поверхностного слоя обработанной детали и стружки. Также, на рисунке видно вырывание металла с поверхности резания резцом, приводящее к неровностям на обработанной поверхности.

На микроснимке (рисунок 11б) шлифа металла, обработанного в среде СОЖ ВП-4 уменьшение угла текстуры ψ =27°  подтвердило теорию об уменьшении значения силы трения под действием полимерной граничной пленки СОЖ ВП-4.

 

а)

ψ

 
                          

 

 

б)

ψ

 

 

а) в среде  СОЖ ЭГТ ; б) в среде водорастворимой полимерной СОЖ ВП-4

 

Рисунок 11 -Микроструктура корня стружки  стали 20, полученной при точении

 

Параллельность полос деформированных зерен металла стружки, при сохранении постоянства угла текстуры свидетельствует об отсутствии вторичной деформации срезанного слоя, наложение деформированных зерен которого вызывает повышение микротвердости прирезцовой стороны стружки и абразивный износ инструмента. Разность значения степени наклепа поверхностей, обработанных в различных средах, объясняется именно этим фактором. Также на снимке просматривается уменьшение высоты гребешков шероховатости обработанной поверхности.

Заключение

Краткие выводы по результатам диссертационных исследований.

1 Изучение СОЖ на основе водорастворимых полимеров показало, что их  можно применить для повышения стойкости токарных резцов, увеличить производительность и качество обработки.

2 Разработан ряд новых составов водорастворимых полимерных СОЖ и запатентован. Предпатенты РК: №14563, № 14562, №17882, №17883, № 17884, №17885 «Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием». На 3 состава поданы заявки на предполагаемые изобретения .

3 Определен рациональный состав СОЖ с водорастворимыми полимерами ВП-4, который является наиболее эффективным для токарных резцов.

4 Получены математические модели исследованных процессов и доказано, что резание с применением водорастворимой полимерной СОЖ увеличивает  износостойкость инструмента, уменьшает  шероховатость обработанной поверхности и снижает температуру в зоне резания. По результатам  исследований выведен поправочный коэффициент влияния СОЖ ВП-4 на температуру резания Ксож=0,3.

5 Расчеты контактных напряжений доказывают, что в результате действия полимерной СОЖ ВП-4 происходит уменьшение касательных напряжений и возрастание нормальных напряжений за счет изменения схемы резания.

6 Установлено, что характер износа твердосплавных пластин при точении конструкционных и легированных сталей с применением СОЖ ВП-4 не изменяется, но снижается его интенсивность. Стойкость токарных резцов увеличилась в 1,2-1,5 раза, при этом полученное качество обработанной поверхности (шероховатость) составляет Ra=1,1мкм.

7 Исследование микроструктуры корня стружки показало уменьшение и постоянство угла текстуры деформированных зерен и подтвердило гипотезу об уменьшение значения силы трения под действием полимерной граничной пленки СОЖ ВП-4, об отсутствии вторичной деформации срезанного слоя и  наложения деформированных зерен, вызывающих повышение микротвердости (наклеп) прирезцовой стороны стружки и абразивный износ инструмента.

8 Зафиксировано появление в процессе обработки металлов резанием эффекта Ребиндера, связанного с особенностью механизма действия СОЖ ВП-4, заключающегося в появлении расклинивающей силы Рр в плоскости сдвига под действием самой жидкости и полимерной адсорбционной пленки. Гидравлический клин СОЖ на основе водорастворимых полимеров в зоне резания разрывает межкристаллические связи металла (эффект Ребиндера).

9 Разработана методика расчета давления жидкости водорастворимой СОЖ в поре металла, переходящая в трещину за счет расклинивающего давления жидкости и полимерной пленки. Изотермы  расклинивающего давления пленки в плоскости сдвига меняются в пределах 8,95×102- 7,77×105 Па и толщина пленки в пределах 400-25 А0. При достижении микротрещины величины более 50 к расклинивающему давлению прибавляется давление в объеме жидкости и достигает 2852025 Па.

Оценка полноты решений поставленных задач. В результате проведения лабораторных и промышленных исследований были полностью решены все задачи:

-  разработан состав водорастворимой СОЖ ВП-4;

-  установлена зависимость механизма резания металлов от состава СОЖ;

- установлена зависимость износостойкости режущего инструмента от механизма резания;

- определен состав смазочно-охлаждающей жидкости СОЖ ВП-4, приводящий к механизму резания металлов путем разрушения металла расклинивающим давлением адсорбционной пленки, уменьшающий нагрузку на режущую кромку и увеличивающий стойкость токарных резцов в  1,2-1,5 раза.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Найденные закономерности и характеристики вносят определенный вклад в теорию резания металлов. На основании экспериментальных исследований разработана инженерная методика применения СОЖ ВП-4. Результаты исследований могут быть использованы при разработке высокоскоростных режимов резания высоколегированных, вязких металлов с целью увеличения производительности процесса резания. Вовлечение в производство СОЖ отходов промышленности позволяет улучшить экологическую обстановку, решить проблему использования вторсырья.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составил  746600 тенге в год только для одного предприятия.

Оценка научного уровня выполнения работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Имеющаяся в работе научная новизна, проведенный обзор научно-технической и патентной литературы, а также полученные нами предпатенты РК на изобретения, позволяют сделать вывод о том, что предлагаемая работа выполнена на современном научно-техническом уровне.

Акт внедрения в производство СОЖ ВП-4 приведен в приложении  диссертационной работы.

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

1 Капаева С.Д. СОЖ на основе поверхностно-активных полимеров как средство повышения стойкости инструмента// Материалы международной научно-технической конференции «Индустриально-инновационная политика – новый этап развития Казахстана»- Усть - Каменогорск, 2000 г. Ч-3.-С.56-58.

2 Капаева С.Д. Анализ существующих смазочно-охлаждающих жидкостей и их действие// Материалы 3-й Республиканской научно-технической конференции, -Усть-Каменогорск, 2002г., Ч-2.-С.58-60

3 Капаева С.Д., Лозовая С.Ю.Новые направления развития смазочно-охлаждающих жидкостей./ Вестник БГТУ - Белгород, 2003 г., №7,Ч-4.-С.20-23.

4 Мухамедкалиев Д.С., Капаева С.Д. Исследования СОЖ по влиянию на силы адгезии между металлами //Материалы 3-й Республиканской научно-технической конференции «Студент и наука: творчество и перспективы»,- Усть-Каменогорск, 2003г., 147 с.

5 Предпатент РК № 14562. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов/ Комков Н.М., Капаева С.Д.; опубл. 15.07.04, бюл.№7, -2с.

6 Предпатент РК № 14563. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов/ Комков Н.М., Капаева С.Д .; опубл. 15.07.04, бюл.№7,-2.

7 Капаева С.Д. СОЖ и новые направления.// « Наука и молодые ученые»--Алматы, 2004г.-С.84-86.

8 Капаева С.Д. Создание экологически чистой смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ)-одно из направлений в металлообработке.// Материалы Международной научно-практической конференции« Проблемы трансграничного загрязнения территории»,- Усть-Каменогорск, 2004 г,  -115 с.

9 Капаева С.Д. О причинах износа режущей части инструментов и методах их исследований// Материалы Международной научно-практической конференции « Проблемы трансграничного загрязнения территории» - Усть-Каменогорск, 2004г.,115 с

10 Клиновицкий С.И., Капаева С.Д. Влияние различных факторов на температуру резания //Материалы 4-й Республиканской научно-технической конференции «Студент и наука: творчество и перспективы», -Усть-Каменогорск, 2004г., 204 с.

11 Невзорова С.Ю., Капаева С.Д. Влияние СОЖ на процесс резания //Материалы 4-й Республиканской научно-технической конференции «Студент и наука: творчество и перспективы»,- Усть-Каменогорск, 2004г., 204 с.

12 Капаева С.Д., Архипов Д.А. Исследование влияние СОЖ ВП-4 на стойкость токарных резцов/  «Вестник ВКГТУ», -Усть-Каменогорск, 2005г.№1.С- 52-56.

13 Предпатент РК № 17882. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов./ Комков Н.М., Капаева С.Д.; 16.10.06, бюл. №10,-2с.

14 Предпатент РК № 17883. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов./ Комков Н.М., Капаева С.Д.; 16.10.06, бюл. №10,-2 с.

15 Предпатент РК №17884. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов. /Комков Н.М., Капаева С.Д. .; 16.10.06, бюл. №10, -2с.

16 Предпатент РК №17885. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов. /Комков Н.М., Капаева С.Д. .; 16.10.06, бюл. №10,-2 с.

17 Семенов А.А., Капаева С.Д. Исследования влияния масляной и эмульсионной СОЖ на процесс износа металлорежущего инструмента //Материалы 6-й Республиканской научно-технической конференции «Творчество молодых – инновационному развитию Казахстана» -Усть-Каменогорск, 2006г. Ч-2, 189 с.

18 Зазуля А.Г., Капаева С.Д. Исследование влияния масляной и эмульсионной СОЖ на температуру резания// Материалы 6-й Республиканской научно-технической конференции «Творчество молодых – инновационному развитию Казахстана», -Усть-Каменогорск, 2006г.Ч-2., 138 с.

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қапаева Саркен Джұлғазықызы

 

Суда ерігіш МСС кескіш жонғылардың шыдамдылығына әсері

 

05.03.01 – Механикалық және физика-техникалық өңдеу         технологиялары мен жабдықтары

 

Түйіндеме

 

  Диссертациядағы зерттеу объектісі болып кескіш жонғылардың шыдамдылығын арттыру жабдығы ретінде суда ерігіш полимерлер негізіндегі МСС болып табылады.

  Зерттеу мақсаты - кескіш жонғылардың шыдамдылығын арттыруға мүмкіндік беретін суда ерігіш полимерлер негізіндегі МСС құрудың теориялық негізделуін әзірлеу.

  Алға қойған мақсатқа жету үшін жонып өңдеудегі алдын-ала әзірленген МСС әдебиеттік талдауы мен оны зерттеу әдістері жүргізілді.Сонымен бірге тәжірибені жоспарлаудың көп факторлы әдісін қолданумен кескіш жонғылардың шыдамдылығына зертханалық зерттеулер жүргізуге арналған алгоритм құрылды, кескіштің тозуын өлшеу бойынша құрылғы жинақталды, эмпирикалық формулаларды шығарумен тәжірибедегі берілгендерге математикалық өңдеу жүргізілді.

  Зерттеуді орындау кезінде келесі жаңа ғылыми нәтижелер алынды және олардың тәжірибелік мәні анықталды.

МСС құрамынан металдарды кесу механизмінің тәуелділігі белгіленді:

- суда ерігіш полимерлер негізінде әзірленген  МСС көмегімен кескіш жонғылардың шыдамдылығын арттыру бойынша елеулі ғылыми-техникалық проблема шешілді;

- кесу аймағындағы температураны төмендетіп және өңделген беттіктердегі кедір – бұдырлықты азайтып,суда ерігіш МСС-ты қолдана отырып кесудегі кескіш құралдарының төзімділіктерін қабылданған математикалық модельдерде зерттеу үрдістері зерттеліп дәлелденді. Зерттеудің қорытындысы бойынша кесу температурасына ВП-4 МСС әсерлерінің Ксож=0,3 түзету коэффициенті енгізілді;

- криссталды торды бұзу жолымен металдарды кесу механизміне әкелетін МСС құрамы, адсорбциялы қабыршақты бөлшектейтін қысым көмегімен  кесу жиегіне жүктеменің азаюына жетелейтіні және кескіш құралдың шыдамдылығын 1,2-1,5 есе үлкейтуге болатыны анықталды;

- суда ерігіш полимерлер ретінде целлюлоза-қағаз өнеркәсібі өнімдерінің қалдықтары мен кесу процесінің экономикалық әсерін анықтайтын этил спиртінің өнімдері пайдаланылады;

- кескіш құралдың кесу механизмінен тозуға төзімділік  тәуелділігі белгіленді;

- өнеркәсіп қалдықтарын  өндіріске қатыстыру экологиялық жағдайды жақсартуға көмегін тигізеді;

- МСС жоғары легірленген және тұтқыр материалдарды өңдеу үшін пайдалану кесу процесінің өнімділігін арттыруға мүмкіндік береді;

- МСС берілгендерін қолдану өңделген беттің сапасын Ra=1,1 мкм    дейін жақсартуға мүмкіндік береді;

- жаңадан суда ерігіш полимерлік құрамдар жасалды, олар патенттелді (ҚР-ң алдын-алынған патенттері: №14563, №14562, № 17882, №17883, №17884, №17885 «Металлдарды кесіп өңдеуге арналған майлау-салқындату сұйығы». Жаңа құралдар бойынша шамалып өйлап табылған зерттеулерге 3 тапсырыс ұсынылды;

- МСС рационалдық құрамы ВПөң суда ерігіш полимерлермен анықталған, токарлық кескіштер үшін ол неғұрлым тиімді болып табылады;

- полимерлік қабықта және сұйықтарының қысымы жоғарлаған  жерге түсетін тесікті металдардағы суда ерігіш МСС қысымын есептеу әдістемелері шешілді. Изотермиялық қабықтардағы қысымдарын ажырату беттіктерінде қозғалыс өзгерістері 8,95х102 -7,77х105 Па және қабықтың қалындығы 400-25А шамада. Микрожарықтар 50 0А шамасынан асқанда сұйықтың құрамындағы қысым 2852025Па жетеді;

- өткізілген зерттеулердің маңызды нәтижелерінің негізі МСС ВП-4 қолдануымен кесуді зерттеу кезінде Ребиндер әсерінің пайда болуы.

Өндірістік және лабораториялық зерттеулердің қорытындысында барлық мақсаттармен шешімдер орындалынды:

  - ВП-4 суда ерігіш МСС құрамы анықталынды;

- МСС–ң құрамы металдарды кесу механизмдерінің тәуелділігі анықталды;

- кесу механизмдеріне байланысты кесу құралдарының төзімділігінің тәуелділігі анықталды;

-Металлдарды кесу теориясындағы заңдылықтар мен сипаттамаларына жаңалықтар енгізіліп табылды. ВП-4 МСС–ты қолданудағы инженерлік әдістемелері эксперименттік негіздерінде анықталынды. Кесу үрдістерінің өнімділігін жоғарлату мақсатында жоғары легирленген металдарды жоғарғы жылдамдықпен кесу шешімдерін зерттеудің қорытындысы бойынша қолдануға болады.

МСС өндіріске енгізгенде өнімдердің қалдықтары экономикалық жағдайында жақсартылып, екінші өнімдерді пайдалану жағдайлары шешілді.

Жұмыстың теориялық және тәжірибелік нәтижелері, әдістері мен әзірленген қондырғылары ҒЗЖ оқу үрдісіне енгізу актілерімен бекітілгендей дәрістік және зертханалық курстарда «Кесу теориясы» мен «Металл кескіш құралды жобалау және өндіру» пәндері бойынша ШҚМТУ оқу үрдісінде пайдаланылады.

  Суда ерігіш майлау-салқындату сұйығы  «Өскемен арматура зауыты» АҚ жағдайында тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтан өтті.Суда ерігіш МСС  қазіргі уақытта қолданылып жүрген өзінің технологиялық сипатына қарамастан құралдық материалды зауытқа енгізуден жылына 746600 теңге үнемдейді.

   Жоғары легірленген, тұтқыр материалдарды кесу жылдамдығы  жоғары кесу режімін әзірлеу кезінде зерттеу нәтижелері ғылыми негіз ретінде қолданыла алатыны, зерттеу объектісінің дамуы туралы болжалды ұсыныс бола алады.

 

Kapayeva Sarken Dzhulgazyvna

 

The influence of water soluble lubricating cooling liquid on the durability of turning bit.

 

05.03.01 -Technology and equipment of mechanical and physical- and- technical processing.

 

Summary

 

The object of the research work is lubricating cooling liquid on the basis of water soluble polymers as means of increasing turning tool durability.

The goal of the research is working out the theoretical ground(s) of making lubricating cooling liquid on the basis of water soluble polymers that allows to increase the durability of turning bit.

For the achievement of the goal a literary analysis of previously elaborated lubricating cooling liquid in the process of turning and methods of their investigation were carried out. Alongside with these, the conducting algorithm of turning bit durability laboratory researches by a multifactor method of experiment planning was made up; measuring device of turning bit wear was assembled; empirical formulae were the result of mathematical treatment of experimental data.

While carrying out the research the following up-dated scientific results were drawn and their practical significance was determined:

1. The dependence of metal cutting mechanism on the composition of lubricating cooling liquid was established;

2. A significant scientific and technical issue of turning tool hardening with the help of developed lubricating cooling liquid on the basis of water soluble polymers has been solved;

3. They are received mathematical models of the explored processes and is proved that at cutting using water dissolve polymeric lubricant – culling liquid  enlarges destruction firmness instrument, reduces the roughness processed to surfaces and reduces the temperature in zone of the cutting. On result of the studies выведен corrective factors of the influence lubricant – culling liquid   VP-4 on the temperature of the cutting Klcl=0,3.

4. The composition of lubricating cooling liquid leading to the metal cutting mechanism by destruction of crystal grating with the help of adsorptive layer wedging pressure bringing to the decrease of load on the cutting bit and to the increase of turning tool durability for 1,2-1,5 times;

5. Pulp-and-paper industry and ethanol production wastes are used as water soluble polymers that determine economical effect of the cutting process;

6. The dependence of wear resisting property of the cutting tool on cutting mechanism is set;

7. The implication of waste into manufacture allows to improve the environment;

8. Тhe designed methods of the calculation of the pressure to liquids water dissolve  lubricant – culling liquid   in time of the metal, moving over to rift to account destruiction pressures to liquids and polymeric film. Izotherm destruction  pressures of the film in planes of the shift are changed within 8,95х102 - 7,77х105 Pa and thickness of the film within 400-25Ао. At achievement микротрещиной values more 50Ао to destruction pressure is added pressure in volume of the liquids and reaches 2852025 Pa.

9. Using lubricating cooling liquid for processing high alloy and ductile materials allows to increase the capacity of the cutting process;

10. The application of lubricating cooling liquid data allows to improve the quality of the processed surface till Ra=1, 1 micrometers.

As a result of undertaking laboratory and industrial studies were is completely solved problems:

- is designed composition water dissolve polymeric lubricant – culling liquid   VP-4;

- is installed dependency of the mechanism of the cutting metal from composition lubricant – culling liquid;

- is installed dependency to wear capability of the cutting instrument from mechanism of the cutting.

- is determined composition lubricating-culling liquids  VP-4, bring about mechanism of the cutting metal by  destructions of the metal destruction pressure adsorbed film, reducing load on cutting edge and enlarging stability turning incisor.

      The founded regularities and features contribute the certain contribution to theory of the cutting metal. Engineering methods of the using  lubricant – culling liquid   VP-4 is designed on the grounds of experimental studies. The results of the research can be used at development speediest mode cuttings high alloy, viscous metal for the reason increase of capacity of the process of the cutting. Involvement in production  lubricant – culling liquid  departure to industry allows to perfect the ecological situation, solve a problem use an secondary raw.

     Available in work scientific novelty, brought review research and patent literature, as well as got by us patents RK on inventions, allow to draw a conclusion about that that proposed work was run for modern research level.

Theoretical and practical results of the research, methods and developed equipments are used in the educational process of EKSTU. That fact is acknowledged by the implementation acts of scientific and research work into the educational process, into the lectures and laboratory work of the following disciplines:  “ The theory of cutting” and “ Designing and Engineering of metal-cutting tool”.

Water soluble lubricating cooling liquid has been tested at JSC “Ust - Kamenogorsk Steel-concrete reinforcement plant”. Water soluble lubricating cooling liquid according to its technological characteristic doesn’t yield to that being applied at present. It allows the plant to save 746600 tenge per year on implementation of tool materials.

A forecasting proposal for the development of the object of the research work is the fact that the results of the investigation can be used as a scientific ground for cutting mode development of high alloy and ductile materials with high cutting speed.