Экспериментальное исследование метода смазки MQL при обработке стали 60

Аннотация

Экспериментальное исследование влияния метода охлаждения на шероховатость поверхности стали С60 в процессе токарной обработки. Для достижения этой цели были исследованы методы сухой обработки, обработки с использованием СОЖ  и охлаждения с минимальным количеством смазки (MQL). Планирование экспериментов выполнено по методу Тагучи. Также были изучены эффекты скорости резания, скорости подачи и глубины резания. Результаты показывают, что метод MQL оказывает положительное и неоспоримое влияние на шероховатость поверхности. Численный результат показывает, что метод MQL улучшает шероховатость поверхности примерно на 35% и 17% по сравнению с сухой и обработкой на СОЖ, соответственно. Поверхность лучшего качества также была получена за счет установки высокой скорости резания, низкой скорости подачи и средней глубины резания.

Введение

Использование смазки с минимальным количеством на поверхности детали и режущего инструмента называется смазкой с минимальным количеством смазки (MQL). В условиях MQL обычно расход используемой смазки составляет примерно от 2 до 8 (л/ч), что намного ниже, чем количество использованной смазки в методе охлаждения потоком СОЖ. Внешняя система MQL используется во многих процессах обработки, таких как сверление, фрезерование и токарная обработка. Группа исследований и разработок передовой механической обработки в компании Ford (AMTD) является пионером в использовании процесса MQL в различных производственных системах. Изготовление отверстий в стальном коленчатом валу можно проиллюстрировать одним из распространенных примеров использования MQL. Снижение затрат на утилизацию и отказ от смазки при эффективной защите и улучшении качества продукции - причины для демонстрации развития MQL. С другой стороны, это экологически чистый метод.

Экспериментальная и настройка

В качестве заготовки использовалась простая углеродистая сталь С60 диаметром 80 мм. Токарная обработка осуществляется на токарном станке. Все измерения были повторены пять раз в осевом направлении заготовки для каждой детали, и впоследствии для каждого прогона сообщалось среднее значение трех образцов. На  рисунке 1 представлена схема MQL-системы, на рисунке 2 - струи, использованной в данном исследовании. Давление сжатого воздуха было установлено на 3 бара, расход смазочного материала - 3 (л/ч).

Рисунок 1. Система MQL                                           Рисунок 2. Принципиальная схема

Дизайн эксперимента выполнен по методу Тагучи. Скорость резания (на трех уровнях: 95, 135, 175), скорость подачи (на трех уровнях: 0,08, 0,16, 0,32 мм / мин), глубина резания (на трех уровнях: 0,5, 0,75, 1 мм) рассматривались как входные переменные параметры. L * 9 Тагучи также был выбран для проведения экспериментов. С другой стороны, все эксперименты проводились с использованием трех типов охлаждающей жидкости (сухой, заливной, MQL). Каждый запуск повторялся трижды, и средний результат был трехкратным. Таблица 1 показывает подробности каждого запуска.

Таблица 1. Детали каждого запуска (по методу Тагучи)

Результаты и обсуждение

На рис. 3 показаны графики отношения (шероховатость поверхности) в различных условиях обработки. Согласно этим графикам, более высокая скорость резания и глубина резания, а также более низкая скорость подачи могут способствовать улучшению качества шероховатости поверхности во всех условиях обработки.

Рисунок 3. График отношения шероховатость поверхности различных условий обработки.

(а) Обработка без смазки (б) Обработка при использовании СОЖ (в) Обработка при помощи  MQL

Влияние скорости резания и метода охлаждения на шероховатость поверхности

На рис.4 показано влияние скорости резания и метода охлаждения на шероховатость поверхности. Как видно на этом рисунке, использование метода MQL обеспечивает лучшее качество поверхности в сравнении с обработкой без смазки и обработки при помощи СОЖ. В методе MQL из-за продувки флюенса смазки сжатым воздухом образовавшаяся стружка быстро удаляется с инструмента. Более того, нагрев слишком низкий в сравнении с двумя другими методами. Эти физические явления являются факторами, способствующими уменьшению шероховатости поверхности. Другим заметным результатом, который можно увидеть, является незначительное уменьшение шероховатости поверхности за счет увеличения скорости резания. Более высокая скорость резания за счет уменьшения и воздействия динамического трения может помочь получить поверхность лучшего качества.

Рисунок 4 Влияние скорости резания и метода охлаждения на шероховатость поверхности

Влияние скорости подачи и способа охлаждения на шероховатость поверхности

На рис.5 показано влияние скорости подачи и способа охлаждения на шероховатость поверхности. Как видно, метод MQL дает поверхность лучшего качества. С другой стороны, увеличение скорости подачи плохо влияет на шероховатость поверхности. Обширные исследования показали, что соотношение между скоростью подачи и Ra. Следующее уравнение показывает одно из них [11]:

Где Ra - шероховатость поверхности, f - скорость подачи, X - передний установленный угол инструмента, а X´ - задний заданный угол инструмента. Как видно из этого рисунка, существует прямая зависимость между Ra и скоростью подачи. Другими словами, увеличение скорости подачи увеличивает Ra.

Рисунок 5. Влияние скорости подачи и метода охлаждения на шероховатость поверхности.

Влияние глубины резания и способа охлаждения на шероховатость поверхности

На рис. 6 показано влияние глубины резания и метода охлаждения на шероховатость поверхности. Согласно этому рисунку, увеличение глубины резания приводит к небольшому увеличению Ra. Глубина резания является ключевым фактором стружколомания. Несмотря на то, что он влияет на большую силу резания, он оказывает незначительное влияние на Ra. Несоответствие глубины резания в уравнении (1) показывает, что это несущественный параметр на Ra.

Рисунок 6. Влияние глубины резания и метода охлаждения на шероховатость поверхности.

Вывод

Влияние метода охлаждения на шероховатость поверхности стали C60 в процессе токарной обработки оценивали методом Тагучи. Полученные результаты наглядно показывают, что:

·         Использование метода MQL может значительно улучшить шероховатость поверхности.

·         Метод MQL может быть предложен для обработки стали C60 в сочетании с сухой обработкой и методом заливки.

·         Для достижения лучшего качества поверхности в процессе токарной обработки должны быть установлены высокая скорость резания, низкая подача и средняя глубина резания.

АССОРТИМЕНТ ПРОДУКТОВ PETROFER ДЛЯ СИСТЕМ MQL

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАСЕЛ MQL В РОССИИ

Высокоскоростная резка дисковой пилой алюминиевого профиля

Рисунок 7. Общий вид обрабатываемого профиля

      Рисунок 8.  Вид алюминиевого профиля после обработки

Продукты, работающие в системах подачи MQL, выполняют сразу несколько функции:

- Отсутствие заусенцев и задиров на обрабатываемом материале.

- При обработке пилением наблюдается высокая стойкость инструмента по сравнению с обработкой при помощи масел для резки на минеральной основе.

- Основным преимуществом является упрощение технологического процесса после обработки. Алюминиевый профиль отправляется на линию покраски в горячую камеру, где остатки масел MQL серии ISOCUT M в виде тончайшей пленки полностью испаряются без сухого остатка. Данное преимущество продуктов серии  ISOCUT M позволяет исключить из технологического процесса линию мойки и подготовке к покраске.

- Расход масла минимален, так как при помощи систем подачи MQL масло серии ISOCUT M подается в виде паров масляного тумана непосредственно на зуб дисковой пилы. При этом технологически не требуется содержать и обслуживать баки с маслом /СОЖ а так же системы фильтрации и очистки масел /СОЖ устанавливаемых в баки оборудования. Оператор оборудования так же освобожден от процессов доливки масел/СОЖ, контроля концентрации, очистки систем- процесс с применением MQL автоматизируется и требует минимального ухода и обслуживания.

- Продукты ISOCUT M в плане защиты здоровья и окружающий среды имеют максимальный уровень защиты, компания Petrofer строго следит за мировыми тенденциями рынка и новыми разработками. Все компоненты входящие в состав ISOCUT M согласованы с REACH, а сами продукты серии ISOCUT M являются биоразлагаемыми.