автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение обрабатываемости сталей и сплавов путем применения синтетических водных СОТС с новыми трибоактивными присадками

" л - ПЧ-

<■ ... ^

РЫБИНСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

БЕРЕЗИНА Елена Владимировна

ПОВЫШЕНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОДНЫХ СОТС С НОВЫМИ ТРИБОАКТИВНЫМИ ПРИСАДКАМИ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск 1992

Работа выполнена в Ивановском государственном университете.

Научные руководители:

член-корреспондент Российской Академии технологических наук, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Латышев В. Н.;

кандидат технических наук, доцент Годлевский В. А. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кретинин О. В.; кандидат технических наук, доцент Макаров В. Н. Ведущая организация —

Институт химии неводных растворов РАН.

Защита состоится « » . . 1992» года

в ."^^'часов на заседании специализированного совета К 064.42.01 в Рыбинском авиационном технологическом институте по адресу: 152934, Ярославская область, г. Рыбинск,

ул. Пушкина, 53, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинского авиационного технологического института.

Просим Вас принять участие в обсуждении работы и направить свой отзыв в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, на имя ученого секретаря Совета по адресу: 152934, Ярославская обл., г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53, ученому секретарю специализированного совета К 064.42.01, к. т. н., доценту Конюхову Б. М.

Автореферат разослан « .

■(Г» .^^¡М . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук доцент

КОНЮХОВ Б. М.

ОГ,л .

!6ШЙ.. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Машиностроение и приборостроение являются приоритетными отраслями народного хозяйства. Большую долю операция й этик производствах составляет обработка металлов резанием. Данные процессы характеризуются исключительным многообразием условий, вызванных примененном новых конструкционных и рекупих материалов, инструмента, спецификой конкретных опорзций. Для каждой из этих операций вакнн трибологаческив параметры обработки, которые определяют энергозатраты на процесс, интенсивность изнашивания инструмента и качество изделия.

.Использование смазочно-охлаждэющих технологических сред (СОТС) • при обработке материалов резанием является одгам из путей повышения производительности и улучшения качества обработки.Совершенствование технологических смазочных материалов, улучшение режима смазки позволяет снизить энергетические затраты до 20%, сократить расход инструмента более, чем в два раза. В настоящее время ввиду увеличения стоимости и дефицитности углеводородных СОТС особую актуальность приобретает проблема замены минеральных, а также растительных масел на водные синтетические составы. Это особенно важно для операций, где инструмент работает в стесненных условиях: при сверлении и внутреннем резьбонарезашш.

Цель работы. На основе комплекса физико-химических и триболо-гических исследований присадок класса производных фталоцианина (Фц) обеспечить оптимизацию состава водах синтетических СОТС и повнп'о'-ниэ обрабатываемости металлов резанием. Показать эффективность замены минерального масла на синтетическую водную композицию, обеспечивающую эффективность резания малоразмерным бветрорекущим инструментом.

Методы исследования. Для проверки теоретических предпосылок о механизме действия Фц-присадок был проведен цикл физико-химических экспериментальных исследований, выполненный на ряде установок: для измерения поверхностного натяжения, кинематической вязкости. даффе-ренциально-термического анализа, ПК-спектроскопии, фотометрии, измерения электродного потенциала при зачистки поверхности под раствором. Применялась также методика, разработанная с участием автора

твором. Примендлась также методика, разработанная с участием автора " - оценка шмческой' активности присадки методом ЭПР в условиях нагрева. ...

Трбологические свойства исследуемых растворов СОТС исследовались в модельных условиях на трибометре СЩ-2 и в условиях натурального процесса резания (измеренная работы резания, контактной темпе-ратури, интенсивности изнашивания инструмента, коэффициента утолщения стружки и параметров профиля её надрезцовой поверхности).

Теоретические расчеты, статистическая обработка результатов и построение графиков зависимостей производились с помощью 1ВМ-совмес-тимого персонального компьютера.

' Научная новизна. Выявлены особенности механизма смазочного' * действия водных .синтетических .СОТС, содержащих анионные ПАВ и Фц-присадкя. Установлено, что соединения класса фталоцианинов, с одной стороны, обладают положительной адсорбцией вследствие анизо-метричной формы ее молекулы и обеспечивают смазочное действие путем образования граничной мезофьзи дискотического типа; с другой стороны, они способны проявлять эффект химической смазки ввиду наличия в составе молекулы трибоактивных групп. Тагам образом, смазочный эффект Фц-присадок обусловлен как структурообразующими их свойствами, так и механизмом химической смазки вследствие термического распада молекул с образованием активных радикалов и формированием химических смазочных пленок. Установлена корреляция между физико-химическими и. трибологическтши свойствами вышеназванных соединений. Предложены новые методики: определения химической активности присадок (по магоду ЗПР с нагревом); использования информации о микрорельефо надрезцовой поверхности стружки; оценки смазочной способности СОТС . по результатам комплекса физико-химических исследований.

Практическая ценность. Дэны рекомендации по практическому использованию водных синтетических СОТО двухкошонентного состава типа ПАВ-Фц (сочетание компонентов и оптимальные концентрации). Разработаны ^МектиЕные методики по экспресс-оценке работы резания и интенсивности изнашивания инструмента.

Реализация работы. Комплекс физико-химических методик для . оценки СОТС и их компонентов передан исследовательской группе Технопарка Ивановского госунивэрситета и используется при выполнении научно-исследовательских работ про созданию новых составов СОТС на

базе Ивановского объединения "Хитром". Результата исследований Фц-присадок переданы на Заволжский химический завод (изготовитель этих соединений) с целью расширения области использования продукции. Модельные составы СОТС на базе синтетического серийного состава "прогресс-13" с етедонием Фц-присадок прошли производственные испытания на Ивановском станкостроительном производственном объединении с положительным результатом.

Апробация р.Юотн. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсувдэлись на:

- ежегодных научнчх конференциях профессорско-преподавательского состава Ивановского госуниверситета 1989-1992 гг.;

- 4-й областной научной конференции молодых учених. - Иваново, 1990;"

- 1-м' Всесозном совещании по лиотропннм кидкии кристаллам. - Иваново, 11-13 дек. 1990;

- 7ПИ научно-технической конференции "Теплофизика технологических процессов", Рыбинск, 1992;

- научной конференции "Смззочно-охлакдаодие технологические средства для обработки материалов", Херсон, 1992.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, общих выводов, списка литературы из 116 наименований, изложена на стр. машинописного текста с рисунками, ' таблицами и 1 приложением на 3 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформуЛи-^ рована цель исследований.

В первой главе проанализировано состояние вопроса, связанного с созданием и применением СОТС согласно предъявляемым к ним современным требованиям.

Эффективность действия СОТС определяется комплексом фгаико-хишчоских, механических превращений, происходящих в зоне обработки и степенью их влияния на выходные параметры процесса резания.

В развитие теорга механизма действия смазочных сред внесли большой вклад РЕШНДЕР П.А., Ш11ШН М.И., ЛАТЫШЕВ В.Н., ПОДУРАЕВ В.Н., СУВОРОВ'А.А., ХУДОБИН Л.В., БЕРДИЧЕВСКШ Е.Г. И др.

Многочисленные публикации и практика последних лет показшмот, что водорастворимые синтетические составы, к преимуществам кото)И1т.

относятся лучшая охлаждающая способность по'сравнению с масляными СОТС. лучшая стабильность и несущая способность по сравнению с эмульсиями, являются наиболее перспективиим типом СОТС. В данной работа вшрвш било предложено использовать в составе синтетических С01'С присадки фгалоциашшовош типа, относящихся к классу гетероциклических соединений. Ожидалось, что применение водних растворов дискотических мозогепов внутрикомплоксного типа позволит обеспечить в граничных слоях смазочное действие, сравнимое с эффектом традеди-ошшх масляных смазок.

Как Ото, установлено, такого рода вещества способны образовывать на поверхности (а при больших концентрациях - и в объеме) структуры, подобные жидким кристаллам даскотического типа. Поэтому, представляет научный и практический интерес выявление корреляции между мезоморфными (структурообразующими) и трибологическими свойствами данных веществ. Бри обосновании применения этих веществ в качество трибоактиашх присадок использовано предположение, что Фц-присадки при тср/шческой деструкции способны выделять свободные радикалы - весьма реакциониоспособные химические частицы.

Во второй главе обоснован вибор трибоактивных присадок, стандартных синтетических СОТС и обрабатываемых материалов. Для экспериментальных исследований б им выбраны 7 видов фталоцианкновых соединений, 3 типа аниоиактивннх поверхностно-активных веществ (ПАВ) и три вида обрабатываемого материала - представители различных групп обрабатываемости. Объектом исследования были приняты также два технологических процесса обработки резанием: сверление и резьбонареза-ние отверстий малого диаметра. На операциях выбранного вида, которым свойственны относительно малые скорости резания, очень вааея вф^окт смазочного дейстыш, который снижает силы резания и уменьшает вероятность поломки инструмента в отверстии.

В третьей главе представлен цикл исследований физико-химических свойств СОТС,• приготовленных на основе растворов ПАВ с Фц-ирисадками. Согласно литературным данным, оптимальная водная синтетическая СОТС должна включать в свой состав два главных рабочих компонента, один из которых несет функцию поверхностной, а другой - химической активности. В соответствии с таким подходом этими двумя компонентами могут,вследствие их молекулярного строения, являться соответственно ПАВ и Фц-присадки. Оптимально подобранная па-

ра таких июществ монет проявлять э&Еокг синергизма (взаишусилениб смазочной эффективности двух компонентов).

Для того, чтобы исследовать адсорбционное действие присадок,,. провод':."« '¿ксдаушрнтн по измеретм поверхностного иотягашя растворов. Эти эксперименты, проведенные для одно- и двухксмцононтаа растворов присадок, показали, что характер бокового заместителя в , молекуле фгал^дакгаавох производят: оказивает р&кащео рл-дягом на поверхностное натяжение во всем диапазоне концентраций. Меньшей поверхностной активностью обладают те соединения, которые кмеи в качество бокового ;.л>2)естителя только одну сульфогруппу. На большинстве изотерл поверхностного натяжения найпадаптся два характерные порога концентрация, по-видамону, связанные со структурированием мо- • лекул-органшси на поверхности и в объеме. Енло установлено, что величина сюгаэния поверхностного натяжения коррелирует с протяженностью бокового заместителя: чем протяженнее боковой заместитель, со-, дертэднй сулы^сгруппу, том значительное снижается поверхностное натянете. В некоторых случаях отмечалось сннергическое действие двух компонентов раствора (ПЛВ + йц-присадка) но снижению поверхностного натяжения.

Для трябологичоских качеств смазочно-охлавдавдей жидкости важным является но только поверхностные свойства, но и объемные (глав-нш образом, реологические) характеристики раствора, из которых определяющим является вязкость. Все полученные концентрационные зависимости вязкости растворов ПАВ» Фц-присадок и. их двойных смесей хорошо описываются в порвем приближении возрастающей экспонентой. Добавки Фц-присадки к раствору ПАВ приводят к увеличению параметра ро- • ста кинематической вязкости. '

Чтобы непосредственно в эксперименте определить параметры1 объемного структурирования исследуемых жидкостей в зависимости от концентрации рабочего компонента СОТС, автором проводились исследования оптических свойств растворов фотометрическим и спектральным методами.

Была поставлена задача связать изменение природа и концентрация.. растворов.с одной стороны и размеры молекулярных агрегатов (мицолл) - с другой для дальнейшего сопоставления данных параметров с трибо-логичаскиш характеристиками соответствующих СОТС. Из данных фотометрии (измерение коэффициента - светопропуекания) слодуот, что наблюдаемый рост вязкости бинарных смесей, по-видимому, не связан т?ппг">-

родственно с ростом размеров ксшоздшх молекулярных агрегатов. Объяснение этого фонож-на состоит в том. что агрегирование молекул мезду собой в обгеие раствора происходит на бодео ннзком уровне -но sa счет образовать крупных шцолл, а даюров или тршлоров дас-котаческого типа. Анагмзпруя результаты по влиянию протяженности• латерального фрагмента молекулы присадки на поверхностную активное! ь ^створа, мох'ло предао&жоть, что вияшютшм ни изотермах поверхностного катянлыя экстремумам соответствуют структурные перестройки надаолекулнрних ансамблей молекул Фц-нрисадки.

Для проверки этой l'iinort'uu оша проведена серия экспериментов по измерению спектров попадания исследуемых растворов в длинноволновой области спектра. Результаты, получению методом ИК-спектро-скошш, дий1'[ иоймолность заключать, что на поверхностные свойства рассматриваемого типа присадок 'влмяот как процессы ассоциации дис-нотических алЬу^лов, так и фазовые переходи в этих лиотрошшх системах. oopisouauae упомянутых ыалекулярпис агрегатов будет происходить на поверхности металла, что и будет обусловливать грибологи-ческую актишость присадки при низких температурах резания.

ЕаикЛ т йрч.юд1аш!ли чес кой. характеристикой поверхности раздала фаз типа шталл-раствор является электродный потенциал. Адсорбционное кзанмодейслио растворенного вещества с поверхностью ооновлен-ного в процессе резания металла привода1!' к пассивации последнего. Показателем интенсивности процесса пассивации может служить величина элентроддош потенциала.

Зксиериныш! по измерима» электродного потенциала зачистки показа®, что исследуемые р;.створы Фц-присадок имеют два явно вира--жешшх порога ковцеятрзцай, соответствуицие пршеро 0.6 и 8 маис.%. Сопоставляя ми длшш с результатом спектральных исследован^.:!, маню сбьясшть наблюдаемые перепада потенциала структурными перестройка;«! на границе металл-раствор. Таким образом, проведенная нами скрап злоктрохтшчэешх ькишриментов позволяет распространить результаты н выводи, полученные пря исследовании межфазной поверхности ноодух-роствор на процессы граничной смазки, протекающие на гранлцо ыатаил-СОте.

Комплекс вишэоплсаьшп исследований' щюводдшея для изучения стрдоуроооразундлх характеристик присадок в условиях физической адсорЗлии. Ноизьеотнэ, что действие любой присадки органической причин в условиях резания металлов этим механизмом не ограничива-

ется. Требовалось изучить токкв аспект хшмоского дойотьвя г.пбрьн-ных присадок, который становится более вашим при посиетшш температуры резания. С этой целью лрородилгаь опиты, солрэвоздяыциеся нагревом присадок: радаспектрометрия ЗПР и доИйревдшыю-' терягчееккй анализ.

Для целей настоящий работы на базе сер.йиого радиоспектрометра ■ СЭПР-2 была смонтирована Ечссперкмепталыш установка по лабораторной оценке трибохишческой активности присядок методом электронного парамзпгатаого резонанса (ЗПР). Метод зш'лкнаотся в измерении га-тенсинюсти пшода свободных радикалов при нагр?ш исследуемого вещества. Задачей эксперимента было получение сравнительных характеристик трибохишческой активности ПАЗ и цталоцианиновых присадок. -Установлэно, что радшеалообразуюцая способность Фц-прнсадок выше, чем у ПАВ. Активность исследованных органических присадок проявляется ухе при относительно низких температурах. При этом увеличение ■ числа ради1голов в исследошшом температурном диапазоне происходи монотонно с ростом температуры.

При сопоставлении данных, полученных методом ЗПР, с данными по резшглю металлов видно, что существует взаимосвязь между двумя исследуемыми параметрами: радакалообразовапием и трибохишческая активностью СОТС. Это подтверждает гипотезу В.Н.Латышевз о химическом механизме смазочного действия сложных органических соединений в данном случае для диапазона относительно низких температур при рс-зшш металлов.

Для дальнейшей' проверки этой гипотезы била проведена серия экспериментов на приборе даИюрешдиально-тершческого анализа "деря- • ватограф" с целью получить сравнительные характеристики терюде-струкции ряда фтапоцишпшовых соединений при их нагреве. Было установлено, что изменения в теплосодержании и массопотеря при напеве Фц-присадок начштются уке при низких температурах (40...95*С), а интенсивное разлошпю вещества присадки начинается в диапазоне 200...340°С, что свидетельствует о нестабильном состоянии молекулы присадки и ее способности выделять фрагменты распада при относительно низких температурах резания, т.е. в условиях малонагругонннх ладов обработки, которыми являются рассматриваемые нами процесс« сверления и резьбонарезатш малых диаметров. Положение характерных пиков а перегибов на кривых дафференциалыю-тормнчоского анализа (дериватограшлх) п целом подтверждает тот факт, что вффект химичо-

ского дойетвия. Фц-присадок может .осуществляться и в шзкотешара- ' турном диапазоне (40...250 С).

В четвертой главе öhjui проведены трибологические эксперименты. Проводились испытания по схеме диск-колодка на машине трения СМЦ-2 при постоянной скорости и изменяющейся нагрузке. Била осуществлена • поцн'лса смоделировать процесс трения в условиях начала задира при интенсивном резкнме трения скольжения в условиях смазки фталоциани-иовим соединением при различных концентрациях. В . ходе проведения эксперимента выяснилось, что при постепенном увеличении нагрузки концентрационная крлвая коэффициента трения смещается в сторону меньших ьначонай коэффициента, при этом сохраняй характерный минимум в области 0.1%-й концентрации. При достижении нагрузки 3.2 МПА. начинается задир в области малых концентраций, аа исключением упомянутого значения. При дальнейшем иагрукешы контакта (3.6 МПА) за--дир усиливается и минимум исчезает. Подобное -поведение системы трения свидетельствует о том, что даке в условиях начинающего задира существует концентрации рабочего компонента СОТС, наиболее благоприятные для формирования граничных смазочных структур.

• Б пятой главе исследовалось влияние состава СОТС на процесс стружкообрааования. В настоящей работе одной из задач была оценка влияния рассматриваемых нами технологических сред на степень деформации среааомого слоя металла и на параметры колебательных процессов в ходе струккообразовэния. В качестве характеристики первого параметра шбрана стандартная величина - коэффициент утолщения струшш Кут. Для второй: характеристика было решено использовать параметры спектрального анализа кривой рельефа продольного сечения стручки.

В ходе экспериментов измеряли толцину струнки, полученной в' результате обработки отверстой наружным точением (ортогональное резание) и сьорлением. Имея в виду большой разброс данных, .полученный при настроении зависимости КуГ(с), результаты представлялись в вида кмффдциоитов линейной регрессии с расчетом коэффициента линейной корреляции. В подавляющем большинстве случаев корреляция между концентрацией присади и утолщением стружки - отрицательная. Это означает, что с ростом концентрации присадки толцина стружки (а значит, и степень деформации) уменьшаются. Кроме того, данные опытов гвадзтольствувт, что добавка фталощ; ..типовой присадки к ПАЕ, дел.шт клррзляц«ы вначшой, то есть процесс отрулкообразованил ста-

ноштся менее подаоршшш случайна иеодкородцостям. Обнаружено, что введение фц-присадок вызывает сшшшо коофГлциента утолдошм стружки для всех трех растворов ПАВ, при обработке различных металлов во веш диапазона испытанных скоростей резания.

В дальнейшее экспериментах исследовали рельеф нэдрезцовой поверхности струккн. Образцы стружек для спектрального анализа получали при ортогональной нзрукяом точении тонкостенного стакана. Обработка результатов эксперимента включала в себя следу/аде этапы: вычисление средно-арн^штлческоН высоты Я, шероховатости надрезцовой поверхности струим; получение спектральных характеристик рельефа по методике быстрого Фурье-преобразоьшшя; построение зависимостей вида "мощность и Я гармоники - концентрация компонента С0'1Г"

Анализ результатов быстрого Фурье-преобразования стружек различных металлов показал, что, как правило, мощности гармоник высокого (сешо 15-го) порядка о.чутлиеь явно незначимыми. Строили зависимость от концентрации СОТС для п^ра.'.ютра мощности четырех главных гарлопик. Спектральный анализ кривой профиля надрезцоиоЗ поверхности струма» позволяет оценить характер дефордациошшх процессов, происходящих в зоне сдвига и влшпше на эти процессы компонентов смазочной среды.

Наиболее информативными при такой методике опытов являются несколько первых гармоник Фурье-раз.чснеиия. Величина мощности гармоник от пятого порядка и вцше, как правило, является статистически незначимой. Нами'не установлена корреляция этих величин с измеряемыми параметрами процесса стружкообразования в условиях выяолнешю-го эксперимента. Максимум мощности гарлопик соответствует для ПАВ диапазону концентрации пр.шерно 0. IX, и для Фц-присядки - на порядок нине, то ость приблизительно в диапазоне 0.01%. 'Хатам образом, данные спектрального анализа подтверждают факт наличия характерных малых концентраций, не следу ешх присадок. Этому концентрационному диапазону свойственна повышенная адсорбционная активность присадки, а следовательно, ее усиленное влияние на процесс пластической дс-фо-рлэции срезаемого слоя металла. Разница в молекулярной строении ПАВ и производных фгалоцияшша находит соотвотствуш'де отрж-ние в формах спектров иороховатости профиля стружки.

В шестой главе исследовалась работа резания /три свершении. Для целей даннсп глины Сил разработан дншмоиетргоескиА стенд для измерения ейлоик нароаотров процусса резания при оЗрабоч.-.к птр-лиК

рУУ'И'ППМ! ВИДАМИ ОСОБОГО ИНСТрУМЗНГЗ: СБОЦЛЕШ, М9ТЧПК9МИ, развертками и проч. Измеряемыми характеристиками являются крутящий момент М(кр) и осевая сила Р. Стенд смонтирован на основе малого токорно-кшторезного станка ТВ-1. Измерение силовых параметров производилось с помощью тензометрического динамометра П0УР-1Ш, регистрация данных ылгсмтялясь графопостроителем Н-306 с обработкой сигнала на интеграторе И-02.

ОсоОогаюстью данной конструкщм испытательного стенда является возможность регистрашш интегральной характеристики - энергозатрат но обработку одного отверстия. Необходимым дополнением является включение в состав установки автоматического интегратора, который: обрабатывает осциллограмму крутящего момента. Задачей данного вида эксперимента било получение работы, затрачиваемой на обработку одного отверстия. Интегратор, входящий в установку, автоматически рассчитывал площадь под осциллограммой измеряемого крутящего момента.

Первая серия опытов дала сравнительные результаты по триболо- -гической активности фгалоцианинов, вторая - индивидуальных растворов ПАВ. В дальнейшем проводились опыты по измерению работы резания с использованием всех трех ранее испытанных ПАВ и фталоцианиновых присадок. При этом варьировалась скорость резания (2 ступени) и обрабатываемый материэл.

При обработке полученного статистического материала, при сравнении графиков силовой характеристики, независимо от природы обрабатываемого материала можно видеть, что значительное изменение энергозатрат на резание происходит уже при концентрации исследуемой присадки в 1...2 г/л. Таким образом, на кривой силовой характеристики зафиксировано два концентрационных порога эффективности фтало-циашшови растворов, что находится в соответствии с данными изменения электродного потенциала и поверхностного натяжения.

В данной главе также представлена методика и результаты изш-рения интенсивности изнашивания инструмента при сверлении. ■ Была предложена экспресс-методика оценки интенсивности изнашивания инструмента, основанная на измерении работа резания с линейной экстраполяцией зависимости "число обработанных отверстий - работа реза-., ния" до момента удвоепия работа резания (параметр стойкости).

В еедшой главе представлены результата проведенных испытаний

на операции розьоонароэания. Для исследования работ мод о шли СОТО па операции резьСоиарозимя била пиоршш спорация нарезания внутренней резьбы метчиками. Эксперимента по определению интенсивности изыадоштия шинков производили но описшюа ьит мчтодако, связанной с экстраполяцией кривой работы резания.

Восьмая глава посвящена исследованиям вл1Ш!П£Я СОТС на температуру резания. Нообходакооть наетояидх йкешршшов связана с пи, что получеише нами ранее данные по радшсалосбразовашш и дп.рг.эрен-цаалшо-термическсну ш/олизу явно укэзшдог на олщаешй текго»ругу-рнпй диапазон оптш,тл.'.ного использонглшл изучаемых в пистолей работе смазочных составов.

Для намерения температуры резания бил применен метод "полу-искусстсешюй термопари", продлоае.'шнй й.М.батагшым, поскольку яра использовании водних СОТС естсстеплая термопара шунтировалась. Регистрация температур« производилась при точении дотаял в форг.е тонкостенного стакана с осеьол подачей, чтобы получить процесс ортогонального реаатш. Опитн производились для получения качественной сравнительной картины резания на воздухе, с водой и с одной из испытуемых присадок.

Анализируя полученные осциллограмш гермо-э.д.с. полуискусственной TQpi.tor.spu, можно выделить следующие ваише момента. При ре-зашш на воздухе струыка сходит непрерывно, уровень температуры относительно висок (исоло 150°С). Когда происходят охлаждение водой, температура резания спишется, но при атом возникают ее еначитоль-нне колебания (вероятно &то связано с начинающимся охрутииванием стружи и наблюдаемой ее фрагментацией).

Введение трнбоактиыюй фталоциатшовей присадки приводит к дальнейшему снижению температуры, при этом, возобновляется непрерывный характер струккообразования и уменьшаются колебания тер.ю-э.д.с..

ОЕ®® ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Основой эффективной водной синтетической смазочно-охлавдащей композиции догааш являться две составляющих, одна из которых несет функцию поверхностной, а другая - химической активности.

2. Соединения класса фталоцишшнов по их молекулярному строению обладают вшюназяаннши свойствами: анизометричная Фэрма молекула способствует ее адсорбции и структурированию в граничном слое; -наличие в составе - молекулы трибоактшшх гругш должно способствовать

реализации механизма химической смазки.

3. Как видно из данных по измерению поверхностного натяжния, характер бокового заместителя в молекуле производных фталоцианина оказывает решающее влияние на адсорбция во всем диапазоне концентраций. Меньшей поверхностной.активностью обладают те соединения, которые «мент в качестве боковых заместителей только сулъфогруппу. Все соединения оказывают существенное влияние на поверхностное на-тякепие водной системы. Пр! этом величина эффекта коррелирует с протяженностью бокового заместителя: чем протяженнее боковой заместитель, тем значительнее снижается поверхностное натяжение.

4. Все полученные концентрационные зависимости вязкости растворов ПАВ, Фц-присадок и их двойных смесей хорошо описываются в первом приближении возрастающей экспонентов.

5. Данные фотометрических исследований показывают, что добавка Фцт присадок к растворам ПАВ по-разному влияет на изменение размеров коллоидах частиц в растворе в зависимости от природа ПАВ и присадки.Из данных фотометрии следует, что наблюдаемый рост вязкости бинарных смесей, по-видимому, не связан непосредственно с ростом размеров коллоидных молекулярных агрегатов (или же ото агрегирование происходит на болео низком уровне, например - образование димеров или тримеров). Результаты, полученные методом ИК-спектрометрии, дают возмокность заключить, что на поверхностные свойства рассматриваемого типа присадок влияют как процессы ассоциации дискотических Емфифилов, так и фазовые переходы в этих лиотропных системах.

6. Эксперименты по измерении электродного потенциала зачистки показали, что исследуемые растворы Фц-присадок имеют два явно выраженных порога концентраций, соответствунцие примерно 0.6 и 8 масс. %. Сопоставляя эти данные с результатами спектральных исследований, можно объяснить наблюдаемые перепады потенциала структурными перестройками на границе металл-раствор.

7. Смазочный аффект Фц-присадок обусловлен не только их структурообразующим действием, но и механизмом химической смазки вследствие термического распада молекул. Методом ЭПР установлено, что радика-лообразуидйя способность Фц-присадок выше, чем у ПАВ. Активность исследованных присадок проявляется ухе при относительно низких температурах резания. При этом увеличение числа радикалов происходит монотонно с ростом температуры. Положение характерных пиков и перегибов на криви дифференциально-термического анализа в целом под-

тверздает тот факт, что аффект химического действия Фц-прасадок монет осуществляться и в низкотемпературном диапазоне (40...250°С).

8. Исследование антизадарного действия Фц-присадки на машине трения показали, что существует оптимальная концентрация (около 1 масс. X), которая повышает задиростойкость пары трения при повышенных контактных нагрузках. Эти наблюдения объяснятются наличием эпи-тропной даскотической фазы растворенных молекул на металле в области малых концентраций фталоцианшюв.

9.Исследования влияния состава СОГС на процесс стружкообразования показали, что с ростом концентрации присадки толщина стружи уменьшается. Добавка фталоцданиновой присадки к ПАВ приводит к тому, что процесс струккообразовшшя становится более стабильным. Введение Фц-присадок вызывает снижение коэффициента утолщения стружки для всех трех растворов ПАВ, при обработке различных металлов во всем диапазоне испытанных скоротай резания.

10.Данные спектрального анализа подтверздают факт наличия характер-» ных малых концентраций исследуемых присадок. Максимум мощности гармоник соответствует для ПАВ диапазону концентраций примерно 0.1 %, а для Фц-присадки примерно на порядок ниже, то есть приблизительно в диапазоне 0.0156.

11. По результатам определения работы резания при сверлении можно сказать, что независимо от природы обрабатываемого материала обнаруживается значительное изменение энергозатрат на резание, происходящее уже при концентрации присадки 1...2 г/л. На кривой силовой характеристики зафиксировано два концентрационных попрога эффективности фталоциашшовых соединений, что коррелирует с данными измерения электродного потенциала и поверхностного натяквния.

12.Получены характеристики стойкости режущего инструмента. Применение ПАВ с Фц-присадками увеличивает стойкость ревущего инструмента при сверлении по сравнению с маслом И20А соответственно в 2.2 и 1.8 раза.

13.Примененив ПАВ с Фц-присадками увеличивает стойкость режущего инструмента при сверлении и резьбонарезении по сравнению, маслом И20А и СОТС "прогресс-13" на 20...80« и сникают общие энергозатраты в среднем.на 20%.

14.Введение трибоакишной присадки приводит к снижению температурц резани^, при этом стабилизируется стружкообразование и уменьшаются колебания термо-э.д.с.

15.Установлено,-что хорошее смазочное действие Фц-приовдок определяется: 1) способностью образовывать слои граничной смазки путем структурирования на поверхности металла дтскотической мезофазы; 2) повшенноЯ радикялообразущей способность», проявляющейся в широком темепературюм диапазоне. Это позволяет рекомендовать их для промышленного применения в составе СОТС на операциях типа сверления, ре-, зьбонарозания и др.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1.Годлевский В.А., Березина Е.В. Об использовании водных растворов фталощ!ашнов в качестве трибоактиваих присадок к технологическим средам для резания металлов.-Известия АН СССР. Серия физическая, 1991, т.55, #9, с.1757-1759.

2.Н.В.Усольцева, В.В.Еыкова, Л.Н.Кукова, Н.Б.Хомутова, Е.В.Березина. Поверхностное натяжение и межмолекуляриое взаимодействие в водных системах красителей - производных медного комплекса фтало-цианина - 1991, Работа депонирована в ВИНИТИ.

3.Березина Е.В., Тараров А.Г. К вопросу о роли окислительна процессов при шифовании титана и молибдена в средах электролитов .В кн. Тез. докл. 4-й обл. научн. конф. молодых ученых. - Иваново, 1990, с.55. - .

Д.Годлевский В.А., Березина Е.В. Об использовании водних растворов, фгсалоцианинов в качестве трибоактивних присадок к технологическим средам для резания металлов. - В кн. I всес.совещание по лиотроп-ннм жидким кристаллам. Тезисы докладов. - Иваново, 11-13t дек. 1990 г. - с.56.

б.Латшев Б.Н..Коротков В.Б., Годлевский В.А. Березина Е.В. и др. Исследование механизма действия и разработка эффективных составов СОЖ при резании. Отчет по НИР. Иваново, >989, гос.рег. ■ # 0189.00407553 инв. # 0291.0017820, 69 с.

б.Латывев В.Н., Годлевский В.А.. Наумов А.Г., Березина Е.В. и др. Исследование трибологических явлений в зоне контакта твердых тел ■• и внешней среда. Отчет по НИР. Иваново, 1990, гос. рог. # 0189.0040755, инв. * 0291.0015381, 41 с.

Т.Латышев В.Н., Годлевский В.А., Березина Е.В. и др. Физико-химические исследования трибологических процессов при трении и резании металлов. Отчет по НИР. Иваново, 1991, 79 с.

8.Березина Е.В., Годлевский В.А., Латышев В.Н. Влияние трибоактивних присадок к СОТС на контактную температуру при сверлении и резьбонарезании. -..В кн. Теплофизика технологических процессов. Тез. докл. VIII научн.-техн. конфар. Рыбинск, 1992, с. 127-128.

9.Березина Е.В., Егоров С.А., Годлевский В.А. Усовершенствованная методика ЗПР для определения трибохимической активности компонентов СОЖ . - В ка,._ Смазочно-охлавдащиэ технологические средства для обработки материалов. Тез.доюь научн.-техн. конф. Херсон, 10-11 сент., 1992, с. 72-73.