автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Математическое моделирование смазочного действия СОТС при лезвийном резании

На правах рукописи

ВОЛКОВ Алексей Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ СОТС ПРИ ЛЕЗВИЙНОМ РЕЗАНИИ

Специальность 05.03.01 — процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново Шв

Работа выполнена в Ивановском государственном университете.

Научный руководитель —

член-корр. Академии технологических наук РФ, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Латышев В. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Рыкунов Н. С., кандидат технических наук, доцент Тихонов В. М.

Ведущая организация —

Институт химии неводных растворов РАН.

в ... часов на заседании диссертационного совета К 063.84.04 в Ивановском государственном университете. Адрес: 153025, г. Иваново, ул. Ермака, 39, учебный кор/пус № 3, ауд. 459.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИвГУ.

Защита состоится

199 £ года

Автореферат разослан « »

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Общпа характеристика работы

Актуальность темы.

В машиностроения, несмотр« на появление новых технологии, традиционно! обрабопа металлов с использованием режущего инструмента до сих пор не потеряла своего значения. Не прежращается пойся новых путей повышения эффективности резания материалов, среди Которых одпо на главных Мест занимает рациональное использование смапочио-охлаждающих технологических средств (СОТС). Наряду с явным прогрессом в деле создания и применения эффективных СОТС, в этой области имеется еще много нерешенных вопросов, связанных, главным образом, с изучением физи-то-химипесхих аспмтов действия среды в ооне реоания. Ясно, что бот использования знаний, натопленных в сфере общей трибологии, фиоичесюй н коллоидной химии, без рапвитнл новых теоретичесжих подходов невопможно выработать гопцептуальную основу конструирования и рационального вслользованяя новых СОТС. Все это обусловливает актуальность темы диссертации.

Цель работы.

Целью работы является построение математических моделей кинематического класса, описывающих смазочное действие СОТС при леовиином реоания и объясняющих новестпые экспериментальные факты, связанные со сыапочнымн эффектами, углубляющих научные основы рапработки и применения технологических смаоок.

Объектом исследования является система лезвийного реоания в условиях применения СОТС.

Методы исследования.

Методологической основой исследования является системный подход. Теоретическую основу исследования составили: системный анализ, теория систем, теория реоания металлов, модельный подход, принципы равновесной в неравновесной термодинамики.

Автор защищает:

• модельный подход к исследованию системы резаная, реализованный в построении системы математических моделей кинематического класса для описания сыаоочнго действия СОТС;

• стадийное представлении о смазочном действия СОТС и формуляр о-

ванне необходимого условия эффективности смаоки;

• модель проникающего действия жидкофаоных СОТС (модель "микрокапельного вирыва");

• модель адсорбционного действия трибоактивных компонентов СОТС;

• обобщенную кинематическую модель формообразования стружка ■ метод оценки смаоочного действия СОТС но параметрам формы профиля стружки;

Научна» новиона работы :

1. Предложено ислодызованяе класса кинематических моделей для описания системы реоания.

2. Предложена пятистадийная схема процесса формировали! граничного смаоочного слоя при деовийноы р со алии, описывающая смаоочиое действие СОТС.

3. Построены кинематические модели смаоочного действия СОТС, опж-сывающие проникновение смаоки в контактную оону с последующей адсорбцией трибоактивного компонента.

4. Предложено описание процесса формирования профиля непрерывной стружки, покздапа воаямосвяоь параметров формы со смаоочным действием СОТС.

Практическая оначимость реоудьтатов работы.

• По реоультатам математического моделирования выявлены управляющие параметры для процесса формирования граничного смаоочного слоя при реоаннн, пооволяющис целенаправленно выбирать эффективную СОТС;

• Даны теоретические обоснования для соодания новых аффективных СОТС, содержащих трибоактивные компоненты, н для неюторых новых методов подачи смаоок в оону обработка;

Реаличация реоудьтатов работы .

На основе проведенных исследований сформулированы рекомендации, переданные раоработчикам новых СОТС на предприятие АО "ХИМПРОМ" (г. Иваново).

Апробация работы.

Вьшосимые на оащяту основные положения диссертации обсуждались иа следующих научных и научно-технических юнфсренцилх (НТК): Всесоюзный научно-технического семинар "Опыт применения новых смапоч-яо-охлаждагшшх технологических сред при обработке металлов реоанн-ем" (Горький, 1987); Международная НТК Смапочно-охлаждагогцие технологические средства при механической обработке оаготовок ип раплич-ных материалов (Ульяновск, 1993). Российский сямпооиум "Актуальные проблемы трибологии" (Самара, 1994); Международная НТК "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1994); Международная НТК "СЛАВЯНТРИБО-3. Трибология и транспорт" (Рыбинск, 1995); XIII-з международная школа по механике сплошных сред (С.-Петербург, 1995); Десятый международный коллоквиум "Трибология: решение проблем трепня и ишюса" (Эсслинген, Германия, 1993); Ш-й международный форум по поучению процессов обработки реоанием и давлением Е1ЖОМЕТАЬ-WORKING'9б (Братислава, Словакия, 1996); Ежегодные научные конференция преподавательского состава ИвГУ (Иваново, 1991-96 гг.)

Публикации.

Основные теоретические положения и результаты исследований опубликованы в 1 статье, 4 докладах, 4 теоисах докладов н 3 депонированных отчетах по НИР.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит но списка условных обооначепип, введения, пятя глав, оаключеиад, списка литературы, а также содержит /у^ страниц печатного текста, таблиц, ¿1$ иллюстрации, Л/О литературных источников.

Осяовзое содержание работы

Во введения обоснована актуальность проблемы, обооначены цель и объекты исследования, определены методологическая и теоретическая основы работы, сформулнровапы положения, выносимые на оащиту, наложены научная повиопа а практическая (значимость.

В первой главе содержится аналитический обоор современных модельных представлении о функциональном действии СОТС при пеовийпом ре-оаинн, преимуществено в части смаоочного действия. Рассмотрены яаа-

более распространенные модели проникающего действия СОТС и их экспериментальные подтверждения. Выделены тркбологические особенности ионы реиания. Подробно освещены иовестные модели смаоочного действия: капиллярная модель Уильямса-'Гейбора н модель поверхностной миграции Иерцова- Сердюжа. С целью Поиска воанмосвяои параметров процесса ре оанвя со смаоочными свойствам* СОТС сделан обоор работ по механике процесса слружкообраоования.

Принято считать, что емшзочное действие СОТС состоит а образовании граничной емюочной плеши в прнреоцовой области и в уменьшения касательных напряжений вооне вторичных деформаций. В отношении сма-оочного действия СОТС можно выделить две основные оадачи: 1. ииученье кинетики проникновения СОТС на контактные илощаджи; 2. исследование процесса формирования смаоочного сдоя.

большинством исследователей приинана модель капиллярного проникновения смаоки на переднюю поверхность инструмента. Впервые о существовании межноьерхностных капилляров в ионе реоания выскаоался X. Эрнст. Дальнейшее развитие она получила в работах М. Мерчанта, Дж. Уильямса в Д. Тейбора, В.Н. Латышева, В.А. ГЬдлевского. В то же время отсутствуют адекватные математические описания процесса проникновения смаокн в оону реиания и объясняющие мех ал ним смаоочного действия в целом.

К характерным параметрам процесса капиллярного проникновения СОТС относят температуру и скорость реиания. По-видимому, для жид-кофаиных смаоок температура обусловливает их испарение на итане проникновения. Кроме того, для большинства смаоочных составов обнаружено существование критических скоростей реоания, при которых СОТС теряет оффективность. В настоящее время отсутствует теоретическое обоснование существования критических скоростей реиания, а также не установлен вид их оависимости.

Многими исследованиями покаиано, что СОТС влияет практически на все выходные параметры системы реоания. Наиболее поученными ии них являются: силы реоания, нонос инструмента н шероховатость обработанной поверхности. В то же время недостаточно полно раскрыт вопрос о воаимосвяии смаоочных свойств СОТС с геометрическими характеристиками стружкообраоования, которые могут быть весьма информативными в отношении смаоочного действия.

Во второй главе рассмотрена вооможность применения системного адалина ж исследовании системы реоания. Дана общин характеристика мо-

дельного подхода. Представлена классификация моделей и опр'-дг-лгчю место модели в структурной схеме исследования системы ртаания. Исходя ип обширного круга нерешенных проблем в области иснольоования СОТС, иа основании системного подхода сформулированы цель и падачи исглецопя/-ни». Первую попытку применения системного аиалипа к процессу репами» осуществил М.И. Клушин, обративший при отом внимание иа особую роль математических методов исследования. Конструктивным методом описания пдесь является модельный подход, включающий в себя иерархическую структуру, четко обопиаченную в работах Л.Н. Маурина. В данной работе в качестве математического аппарата испольоован кинематический класс моделей.

Рзпличают два вида моделирования: фиоическое и математическое. Первый но них применительно к реоанию металлов был успешно реалипояап С.С. Силиным и его учениками. Однако оамстим, что наиболее оффеятя-вным способом исследования систем является совместное использований обоих методов. Известно, что построение системы уравнений математической модели основывается ira паконах сохранения и гипотеоах паммкянм. Получаемые соотношения устанавливают свяоь между системой внутренних (существенных) и внешних величин.

На рис. 1 представлена схема ортогонального репания металлов с указанием совокупности величин, в терминах которых проводится исследование системы реоания металлов. В рамках настоящего исследования в качество внутренних величин нспояьпованы: u(y,t) и П{1) (рис. 1).

Припнано, что смалспгое действие СОТС обусловлено формированием на передней поверхности инструмента гранитного см ал очного слоя, что приводит I иоыененпю системы внутренних величин. Вследствие отого поменяются я внешние величины объектов системы реоания. Примем В качестве объекта исследования стружку, а внешней величиной — функция профиля надреоцовой поверхности стружка h(x,t) (рис. 1). ТЪдим обра-оом, параметры этой функции были испольоованы для оценки смаоочного деиствяя СОТС.

В соответствия с целью исследования мы ставим перед собой следующий зрут оадап: 1. Построить математическую модель смаоочного действия СОТС в р&шах кинематического класса моделей. 2. Построить математи-ггемутг) модель формирования профиля надреоцовой поверхности стружки. 3. Произвести оценку смалочного действия СОТС иа параметры профиля надреоцовой поверхности струяжи. 4. На основании новостных окпери-ментальных данных установить факт согласования с ними основных по-

Рис. 1: Схцма ортогональною реи алии металлов:

ОХ , 0Y — координатные йен; 1 — инструмен т; 2 — стружка; 3 — обрабатываемый материал; u(y,t) — функция профили скорости схода стружка; H(t) — толщина стружки на линии перехода обрабатываемого материала в область стружки; I — глубина реоания; u(i) — функция скорости реиания; Д(х,() — функция профиля надреицовой поверхности стружки

ложений в выводов модели, а также дать рекомендации к практическому использованию новых результатов.

Третья глава диссертации посвящена иоучению особенностей трибояо-гаческой системы реоец обрабатываемый материал. Сформулирована пя-тистаднйиая модель смааочного действия СОТС. Рассмотрен кинетический аспект проникноненил СОТС в область контакта струж«а-инстру-мент. Б качестве Модельного трибологического объекта предлагается ис-нольиовать единичный капилляра с горячими стенками, расположенный в нриреоцоиой области ооны вторичной деформации. Он обладает следующими особенностями: 1,.одна стенка капилляра, обращенная к инструменту, принадлежит стружке, другая — инструменту; 2. обе стенки характеризуются высокой адсорбционной активностью; 3. температура стенок бдиока I температуре реоапия; 4. один конец капилляра открыт и обращен к внешней среде, другой — оакрыт и движется вместе со Стружкой (рис. 2а). Тление в такой паре осуществляется скольжением oak рытого конца капилляра но передней поверхности инструмента, а сиааочное действие проявляется вследствие формирования граничного смаоочного слоя на стенке капилляра, принадлежащей поверхности инструмента.

Положим, что капилляр характеризуется временем существования rv , которое определяется временем, в течение которого его оакрытый юнец

выйдет со старостью и но зоны контакта с инструментом:

Ряс. 2: Стадийна! модель формирования граничного смапочного слоя: с — межповерхностный капилляр в прирезцовон области; Ь — стадия апдюфаоного проникновения; с — стадия газофазного наполнения; <1 — стадия адсорбции на стеняах, 1 — инструмент, 2 — стружка; ог — координатная ось; I,, г — длина и радиус капилляра; «(<) — скорость схода струма; р — внешнее давление; , — скорость движения и глубина проникновения жидкости; V? — спорости движения газовой фазы (в начале н в процессе заполнения); о— — молеяула ПАВ, • —остальные молехулы СОТС

Смазочное действие СОТС в таком объекте определяется цепочкой фи-пико-химнческих процессов я включает в себя пять последовательных этапов, завершенность каждого из которых определяется некоторым характерным временем: 1. проникновение жядкофапной СОТС — тж , (рис. 2Ь);

2. (заполнение капилляра парогаловой смесью — тг , (рис. 2с); 3. формирование хемосорбированного слоя — г, (рис. 2(1); 4. формирование слоя фи-оисорбированных молекул трибоактиышх присадок — ц , (рис. 2(1); 5. об-раоованне надмолекулярных структур — г».

Однако, для реалиоаЦии смазочного оффекта необходимо, чтобы суммарное время проникновения СОТС не превосходило время г,:

т. + 7> < г,. (2)

В итой свяии была поставлена оадача определения характерных времен н скоростей протекания отдельных стадий процесса для установления ограничивающих соотношении на оталах оалолнения капилляра. Значения скорости схода стружки и яз 1 м/с и длины капилляра й 1 мм нооволяют по формуле (1) получить оценку величины г, ~ 10~3 с. Для проверки неравенства (2) нами проведена оценка характерных времен стадий проникновения для двух типов бшовых СОТС, обладающих реоко различными тешюфи-оическими характеристиками — вода и касторовое масло.

Для стадии жидкофаоного наполнения капилляра расчетная формула получена, исходя ио оценки характерного времени раоогрева всего объема вошедшей в капилляр жидкости, и имеет следующий вид; тж ~ г1/* , где X — ко»>ффицнент температуропроводности жидкости, м/с. На основании уравнений гидродинамики получены формулы оценки величин еж и (см. рис. 2Ь);

V» ~ \/Р/(Р«( 1 + Р)У, lя~vжтЯ) (3)

где Р — число Пр&ндтля.

Принимаем, что стадия испарения состоит ио двух этапов: начального момента интенсивного испарения и последующего наполнения капилляра. Первый. характериоуется давлением ра и скоростью испарения Гго (рис. 2с). Выражения для них получены на основании уравнения Менделеева-Клапейрона и термодинамических соотношений:

Ро~Ржй77м;иг0~УД1>. (4)

где Я — универсальная гаоовая постоянная, Дж/К • моль ; Т — температура, К ; /х — молярная масса смаоочной среды, кг/моль.

Малость объема жидкости, аошедшей в капилляр, а также большие она-чения давления я начальной скорости испарения (см. таблицу) пооволи-ли наобать рассматриваемый процесс "микрокапельным вирыьоы". Оценка

времени наполнения капилляра парогаповоя смесью (рис. 2с) велась с учетом параметров начального отапа. Уравнение отапа оаполпения построено на основании второго оакона Ньютона. Найденное время имеет вид:

Оценки параметров проникновения первых двух стадия процесса представлены в таблице. Для рассматриваемых типов СОТС величина tw свидетельствует, что необходимое условие смапочного действия выполняется с "оапасом" в 1-2 порядка. Ио полученных оначеннй га%х следует важный вывод: формирование смапочного слоя полностью определяете.! фипвю-хп-мичесхои активностью СОТС по отношению к контактирующим материалам.

Предложенная модель укапывает на перспективность (с полиций мас-сопереноса) подачи СОТС в гапообрапной или микроднспсрсной форме. К отому имеется ряд новых окспсриментальных фактов (например, подача СОТС в виде пара (В.В. Подгорков)). Получает также объяснение отсутствие влияния температуры кипения растворителя СОТС на критическую скорость реоамия (Н.В. Перцов). Высокие оначения давлений в начальный момент входа жидкости в капилляр, малые объемы вошедшей в капилляр жидкости, а также наличие паровой среды приводит к выводу о том, что добиться оначимого смаоочного оффекта можно оа счет высокого напора смаокн, сопоставимого с давлениями "микрокапельпого ворыва" ( ~ ЮОМПа ) (М. Маоуркевич). Аналогичное улучшение смаоочных характеристик можно обеспечить периодическими электрическими pan рядами (J1.B. Худобни, О.В. Кретинии) или ультразвуком (Е.С. Киселев, JI.B. Ху-добин). Добавка к СОТС ПАВ, снижающих поверхностное натяжение жидкости а, не приводят к существенным тиснениям величины массопсрено-са в капилляре. Но поскольку даже в малых концентрациях ПАВ способны снижать адгеоию в контакте, причину их «эффективности можно объяснить эффектом гранитной смама.

В четвертой главе описывается процесс формирования смапочного слоя, состоящего ио трпбоактивных компонентов (ПАВ). Определены параметры управления смаоочным действием СОТС.

В работах проф. В.Н. Латышева покаоано, что формирование пасси-вацнонкых химических пленок происходит с высокой скоростью. Раоум-но предположить, что стадия фиоисорбирования ПАВ на химический подслой происходит «значительно медленнее но-оа потерн адсорбционной ак-

(5)

г1к6лица. Параметры проникновения смаоки в межповерхностны! капилляр ( Г ~ 700 К.)

Наименование параметра Вода Касторовое масло

Время существования жидкой фаоы в капилляре тл , с ю-« ю-*

Скорость проникновения жидкой фаиы в капилляр ож , м/с 10 1

1\убина проникновения жидкой фаоы в капилляр до испарения /к , Ы 10"» 10"»

Давление внутри микрохалди в начальный момент испарения р0, Па 10е 10»

Начальная скорость продукта испарения Иго, м/с 103 10»

Время оанолнения капилляра гаоовой фаоой ту , с 10-' ю-<

Время установления равновесного дат вления в капилляре гри1, с 10-« ю-*

Величина равновесного давления , Па 10« 10»

Суммарное время иаполнения капилляра гош = гж + гг , с 10"» ю-«

Расчетное число циклов оаполнения п, 1 10

13

тнвноств пассивированных поверхностей, а также по причине меньшей подвижности крупных молекул II AB. Это поиьодяст считать, что условие: г, < Гф < г, выполняется и, следовательно, кинетика формирование сма-оочной пленки ПАВ лимитируется временем существования капилляра.

Наличие капиллярной сети дает основание к рассмотрению адгорбцн онных процессов в капилляре, окруженном паровой средой (рис. 2d). И отом случае динамика формирования фииислоя ПАВ будет определяться двумя процессами: 1. адсорбцией ПАП настенках капилляра; 2. диффуиней втах молекул внутрь капилляра. Расчет оначений кооффициснта днффуоии для типичных молекул коллоидных IIЛ В покаоаа очень ниоюе иначение: D ~ 10~пм,/с, ноотому процесс диффуиии был исключен ии дальнейшего рассмотрения.

В рамках кинематического класса моделей процесс фшзнгорбции представляет собой массоперенос вещества ПАВ на обе поверхности капил-идра.. На основами* uaiotta сохранения ьещества и никоторых принципов неравновесной термодинамики, имеем следующую математическую модель процесса:

dn dß, dp, _ dfo

(Ö)

Начальные условия: = 0 : n = 1,/ij = fi2 = 0 ,

где n(<i), Pi{t\), fh(U) — беораимерные функции концентрации HAD в объеме капилляра и на стенках со стороны поверхностей инструмента а стружки соответственно; t, — (/т3, — беираимерное время адсорбции; с — тг\/тп — относительная адсорбционная активность стенок капилляра (отношения между временами адсорбции ПАП на инструменте (г21) и на стружке (fjj) ); V\ и u-i — абсолютные адсорбционные активности стено« капилляра со стороны инструмента и стружки соответственно.

В работе приводятся полные решения системы (в). Одном, iai было отмечено выше, в трибологическом аспекте важно исследовать динамику формирования слоя ПАВ именно на инструменте. Пиже приводим решения

для функции /М'1) и поверхностной концентрации ПАВ а(<):

А = й (а + г+то > - <»+тткпд «**•>)+

о(<) = с« г '*/'« А ,

где а) , а2, О — величины, известным обраоом (зависящие от адсорбционных параметров; Сж —концентрация ПАВ в жидкости.

Экспериментальные данные, иллюстрирующие поведение функции »

отсутствуют, поотому мы провели сс аналио для нескольких частных случаев (рис. 3).

Л

- / к" - __

г =( ).1 — 11 ¿ = 1 .._

- С = 10

- _

1

Рис. 3: Зависимость концентрации адсорбционного слоя на поверхности инструмента от времени при рал личных оначеннях адсорбционных параметров: а — постоянные щ и е; Ь — постоянные и\ же.

На рис. 3 можно выделить два качественно рапличных поведения фун-епин : с характерным резким п медленным монотонным, асимптотическим ростом кривой в области малых времен. Эти данные требуют содержательной интерпретации. Ио ожеперимента известно понятие критической скорости реоаная, при которой данная СОТС утрачивает смаоочную эффективность. Процесс спада смаоочного действия с ужесточением режима реоашш (например, скорости) может носить как плавный, так я скачкообразный характер (см., напр., данные Д. Мура, Н.В. Перцова, В. Кёнига, В.Н. Латышева а др.). Мы полагаем, что эти реоультаты могут быть объяснены в рамках представленной модели. В самом деле, в зависимости от параметров ц , х/г , е могут быть получены оба типа кривых спада эффективности. На основании модели (7) можно покапать, что критические

скорости соответствуют оначению временя (1 = 1жр , вблизи которого скорость процесса физисорбции реоко меняет величину. Исхода ни данных модели, приведем общее выражение для критической скорости:

ь^.е), (8)

'31

где г, — некоторая функция.

Отсюда в качестве критерия эффективного смаиочного действия формулируем известное условие, ограничивающее скорость ршания для данных СОТС: V < vtp. Аналии уравнений (7) покалывает, что для управления процессом формирования смаиочного слоя необходимо иимспять параметры (названными нами управляющими): сж , 1ж/1, , 1/\ , ^ , с , а также режимы резания в соответствии с параметром ( г,). Поотому для снижения трения можно рекомендовать: 1. повышать концентрацию ПАВ в СОТС ( с* ); 2. увеличивать долю наполнения капилляра жидкой фазой (¡ж/1,} путем снижения скорости реоанця или подачи СОТС под напором; 3. оптимизировать плотность распределения межповерхностных капилляров, их поперечных й продольных раомеров (геометрию контакта) оа счет управлениа режимами резания ( т, ); 4. выбирать растворы ПАВ, обладающие высокой адсорбционной активностью по отношению к инструментальной степи: капилляра (»>! и г), и пипкой по отношению к стенке со стороны стружки

Пятая глава посвящена исследованию процесса формирования непры-внов стружки при лезвийном резании. Построена математическая модель образования профиля надреоцоьой поверхности стружки. Дала классификация типов »тих профилей. Проведена оценка смаоочных свойств различных СОТС по вновь введенному параметру — интегральному кооффициенту утолщения стружки.

А нал но профилей надреицовых поверхностей стружки (рис. 4) показал, что их форма Может быть достаточно разнообразна и не совпадать с обычно рассматриваемой пилообразной формой. Поотому возникла необходимость объяснения отому факту и нахождения взаимосвязи функции профиля со смазочными свойствами СОТС. Фундаментальная система уравнений процесса стружкообразования (графически модель представлена на рис. 1) построена на основе закона сохранения вещества. С учетом гипоте-оы твердотельного перемещения струши (и(у,<) — и(<)) система примет вед:

v(i)l = u{t)!l(t) Обоапачеим i формуле укапаны в подписи ж рис. 1.

А А

т

ВОВ d А

, при Л(0,«> = П(<).

(9)

m лл

о в ъ

о в

е

л п

т да

о в

с

о в f

I4WII tr< IH-WI

Рис. 4: Конфигурации профилей струями: а, Ь, с — не обнаруженные на реальных стружках; 1,2,3 — профили, соответствующие теоретическим формам е, /

На элементе профиля стружжи (рис. 4) можно выделять два. характерных участка: монотонного воорасталш (участки ОА ) н монотонного уменьшения (участки АВ ), соответствующих процессам "раогруоки" в "накопления" в ооне деформаций. Для построения математической модели необходимо фундаментальную систему (9) дополнить так напиваемой гипогеооя оамыгалия. На каждом гоз двух типов участков можно установить общий вид этой гипотезы:

(10)

¿ННёР

"згпг,

где — функции профиля надреоцовой поверхности стружки, <р(Н/1) — обратная к функция.

Адекватность предложенной модели продемонстрирована на примере вручения функции профиля стружки, представленной в работе Г. Роу.

Анадно поведения функция F(x) в точках юнтакта участков монотонности п оо во лил проиовести классификацию вооможных типов профилей (рис. 4). Рядом с воображениями "теоретических" профилей приведены фотографии реальных. Отметим, что среди шести классификационных типов профиля три получены в нашем (эксперименте (рис. 4 d, е, Г). Остальные три характеризуются типом точек "вооврата" на стыке участков OA - АВ (их верификация пока не обнаружена).

В качестве параметра оценки смаиочного действия СОТС была исполь-оована вновь введенная величина интегрального кооффициента утолщения У], построенная но рассмотрения функции профиля надрсоцоаой поверхности стружки. Аналио уравнений предлагаемой модели (9) показывает, что в наших целях стандартной характеристикой степени деформации — коэффициентом утолщения — польооваться нельоя, т. к. в общем случае он является периодической функцией времени. Поотому TJ получена усреднением по времени второго уравнении в системе (9) иа период образования шшмен-та профиля: v(t)l = u(t)H(i). Далее, предполагая, что u(t)H(i) = u(t)H(t), получим:

где В — средняя скорость реоания; И — средняя скорость схода стружки.

Ислольоуя (И), можно провести оценку смаоочного действия СОТС. Действительно, эффективная смаока уменьшает касательные напряжения в ооне контакта инструмента со стружкой. Это способствует увеличению и(<). Следовательно, согласно (11), при постоянстве и должен уменьшаться кооффициент Ч ■ Экспериментальное исследование предложенного параметра было проведено для двух типов СОТС: воды и индустриального масла и покапало удовлетворительное согласие с теорией.

Заключение

В итоге выполненных аналитических и экспериментальных исследований получены следующие научные выводы и практические реоультаты.

1. Раовиты принципы системного аналиоа применительно I системе реоания.

2. Раоработан ряд математических моделей кинематического типа моделей применительно х системе реоания.

3. Предложена гипотсоа о стадийном характере смапочного процесса при рспанпи.

4. Сформулировано необходимое условие смаоочного действия СОТС прЕ репаннн.

5. Гаоработано описание проникающего действия СОТС в оонс реоанпя (модель "микрокалельного ворыва").

в. Получены расчетные параметры стадии проникновения СОТС.

7. Соодана кинематическая модель, описывающая динамику формирование граничного смапочного слоя ил растворов ПАВ.

8. Построено математическое описание процесса стружкообраоов&Н&х при обработке пластичных материалов.

9. Дана теоретическая классификация форы профилей струккв.

10. Покапан характер влияния смапочного действия СОТС на параметры профиля стружки.

11. По рсоульт vraM математического моделирования выявлены управляющие параметры для процесса формирование граничного смапочного слоя во раствора ПАВ, позволяющие целеналрздлекно выбирать вф-фектнвную СОТС.

12. Даны теоретические обоснования для сот дан на новых эффективных СОТС, содержащих трибоактнвпые компоненты н для некоторых новых методов подачи смаоок в вону обработгн (таких как подача СОТС под давлением, в виде пара, с кааженЕеи слектромапштмых выпужь-сов и т. д.).

Основные результаты работы отряжены в следующих публикациях.

1. Короткое В.Б., Мауркп Ji.H., Волхов A.B. Мазроссопнческая модель стружкообраоованкя при р со алии труднообрабатываемых материалов с применением СОЖ // ТЫ. докл. Всесоюового научно-технического семинара "Опыт применения новых смаяочнэ-охлаждающих технологических сред при обработке металлов реогинем". ГЪрькин, 1987. С. 36-39.

1S

2. Короткое В.H., Годлевский В.A., Деаочжин A.A., Волю» A.B. Исследование механиома действия и раоработка оффехтивных составов СО/К при реоании труднообрабатываемых материалов. (Отчет но НИР). Иваново, 1990. Гос. per. N 01890017202, Инв. N 02.9.10017820. С9 с.

3. Маурин Л.Н., Волков A.B. Макроскопическая модель процесса стружко-обраиования при ортогональном жыаийном реоании металлов с нс-нольиованыем СОТС // 'Ген. докл. Междунар. научно техн. жонф. Сма-оочно-охлаждающие технологнчесжне средства при механической об-работже оаготовох по раоличных материалов. Ульянове!, УлПИ. 1993. С. 65-66.

4. Волжов A.B., Латышев В.Н. Модель ортогонального рсоання металлов с испольоованиеы СОТС // Сб. дожл. Междунар. научн. жонф. Актуальные проблемы фундаментальных науж. Мосжва: МГТУ им. II. Баумана, 1994. Т. 7. С. 25-30.

5. ГЪдлевсжий П.А., Латышев В.II., Волюв A.B. Проникающая способность СОТС как фаатор иффежтнвностн процесса обработжи реианием Ц Актуальные проблемы трибология. Тео. дожл. Российского симно-оиума по трибологии. Самара, 1994. Ч. 1. С. 11-13.

6. Годлеьсжий В.А., Латышев В.II., Волжов A.B., Береоина Е.В. Исследование алиями* технологических сред на процессы деформации и рао-рушения при мсханнчесжой обработке материалов. (Отчет по НИР). Иваново, 1994. Гос. per. N 01.9.50003933, Инв. N 02.9.50Ü03183. 25 с.

7. Годпевсжий В.А., Латышев В.Н., Нерепина Е.В., Волков A.B. Фиии-жо-химнчссжне исследования трибологичесжих процессов прн трении и реоании металлов. (Отчет по НИР). Иваново, 1992. Гос. per.

N 01.92.0002465, Инв. N 02.95.0003184. 35 с.

8. ГЬдлевский В.А., Волков A.B., Латышев В.Н., Маурин Л.И. Проникающая способность СОТС как фактор оффехтивноста процесса обработки реианием // l^enue и ионос, 1995. т. 16. N 5. С. 938-949.

Ч. ГЬдлевский В.А., Волков A.B., Латышев В.Н., Мауран Л.Н. Модель кинетики смаиочного действия СОТС при леивияной обработке материалов // СЛАВЯНТРИБО-3. Трибология и транспорт. Сб. докл. междунар. научно-практнч. жонф. 22-26 мая 1995 г. Рыбинск, 1995. 'Г. 5, С. 42 47.

10. Маурин Л.Н., Волков А.В., Маурина Г.Л. Кинематическая модель процесса формирования стружги при раорушении металлов режущим «ля-ном // ТЪо. докл. XIII Междунар. шюла по моделям механики сплошной среды. С.-Петербург. 1995. С. 22-23.

11. Godlevski V.A., Volkov A.V., Latyshev V.N., Maurin L.N. Kinetic of In-bricatiou action during machining // Proc. of 10th Int. Colloquium on Tnbology "Tribology — Solving Friction and Wear Problems". 09-11 Jan.

' 1996. Esslingen, Germany. P. 8&-Э4.

12. Godlevski V.A., Volkov A.V., Latyshev V.N., Maurin L.N. The theoretical model of surfactant's lubrication action during machining // Proc. of the 3rd Int. Ftirum on the Study of Cutting and Fbrming Processes EUROMETALWORKING^e. Bratislava, Slovakia, Sept. 17-20 1996. P. 122-125.