Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

и имеет очень прочную окисную пленку, образующуюся только при температуре от 600° С. Однако при температуре ~1000° С она легко скалывается и теряет защитные свойства. У алюминия очень прочная пленка образуется уже при комнатной температуре и т. д. Наличием на поверхностях трущейся пары прочных защит­ ных пленок, вероятно, можно объяснить известное утверждение Келя и Зибеля, что в условиях сухого трения при определенной

обработке некоторых металлов при определенной скорости реза­ ния (а, следовательно, и температуре) износ режущего инстру­ мента приостанавливается в течение длительного времени, хотя условия работы при этом не способствуют образованию защитного нароста.

Однако образование окисных пленок не всегда обеспечивает снижение силы трения, а тем самым и износа трущихся поверх­ ностей. Износ часто определяется специфическими свойствами окисных пленок и характером связи их с металлом. Эта связь получается тем устойчивее, чем ближе по своему химико-кристал­ лическому состоянию пленка и металл. Пленки подавляют силы молекулярного взаимодействия трущихся ювенильных поверхно­ стей, заменяя их силами вандерваальсовского взаимодействия, ко­ торые слабее молекулярных в несколько сот раз. Известно, напри­ мер, что двухкарбидные титано-вольфрамовые сплавы обрабаты­ вают сталь успешнее, чем однокарбидные вольфрамовые. Это объясняют тем, что окись титана имеет ту же кристаллическую решетку, что и самый карбид титана (TiC) или смесь карбидов TiC + WC, и потому окисные пленки прочно держатся на резце, предохраняя его от усиленного износа. Между тем у карбидовольфрамовых сплавов образующаяся окись вольфрама скорее отпадает, так как она своей триклинной кристаллической решеткой сильно отличается от гексагональной решетки карбидов воль­ фрама [128].

Очевидно, по этой же причине при современном высокоэффек­ тивном методе повышения износостойкости твердосплавных рез­ цов группы ТК на их поверхности, содержащей TiC, осаждаются тончайшие пленки TiC, что обеспечивает прочную связь.

Исследования [182] показали, что свойства тончайших пленок, образуемых на контактных поверхностях режущего инструмента и стружки, зависят от раскисления стали при расплаве. Так, углеродистые стали, раскисленные кальцием, обрабатывались лучше, чем кремнистые раскисленные: уменьшались зона контакта стружки и резца, силы резания и износ инструмента, при этом толщина пленки зависит от температуры. Следовательно, техноло­ гическая родословная металла также важна для его обрабаты­ ваемости.

Повышенное трение часто вызывается тем, что в результате перегрузки (так называемого критического давления) нарушается

27

сплошность пленки и происходит молекулярное сцепление отдель­ ных участков трущихся поверхностей. Это происходит также и вследствие пластической деформации поверхностного слоя, сопро­ вождающейся разрушением пленки, что приводит к резкому уве­ личению коэффициента трения и значительному износу. Замечено, что критическое давление, при котором резко возрастает трение, зависит от физико-механических свойств металла; оно будет тем выше, чем больше предел текучести и температура плавления трущихся металлов.

Нагрев трущихся поверхностей оказывает значительное влия­ ние на коэффициент трения. По данным С. И. Губкина и его со­ трудников, максимум коэффициента трения наблюдается при температурах ~500 и ~ 8 0 0 ° С и понижение его при 700° С. По­ добная картина наблюдалась автором и при трении твердого сплава и минералокерамики о сталь при разных скоростях и, следова­ тельно, при разных температурах. К этому надо добавить, что величина коэффициента трения заметно снижалась с увеличе­ нием плотности материалов трущейся пары. До настоящего вре­ мени нет точного объяснения указанного явления, но можно пред­

металлов, при которых изменяется физико-механическое состоя­ ние поверхности.

Иногда в процессе резания в результате воздействия высоких контактных температур образуются металлические пленки, влия­ ние которых сильно напоминает влияние смазочных жидкостей. Металлические пленки значительно снижают трение и уменьшают износ трущихся поверхностей при условии, что по толщине они превосходят обычный смазочный слой. При обработке стали ОХМ минералокерамическим резцом с высокими скоростями резания автор наблюдал на передней поверхности инструмента мельчай­ шие шарики расплавленного металла, свидетельствующие об обра­

28

8. ДЕЙСТВИЕ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ СРЕДСТВ (СОС)

Пластические деформации и трение, возникающие в процессе резания, вызывают очень высокие давления и температуры в зоне контакта обрабатываемой детали, стружки и режущего инстру­ мента. В ряде случаев этот нагрев играет положительную роль, смягчая обрабатываемый металл в зоне резания, на поверхности контакта его с режущим инструментом и тем облегчая процесс резания. Иногда, как это бывает при работе пил трения, быстродвижущиеся (80—120 м/с) тонкий диск или лента [сильно раз­ мягчают и даже расплавляют (благодаря теплу, выделяющемуся при трении) слой металла и выбрасывают его из прорези в виде снопа искр; здесь отсутствует процесс резания.

Но обычно на поверхности контакта при постоянной нагрузке создаются лишь тончайшие слои смазки и возникает физикохимическое взаимодействие поверхности обрабатываемой детали, стружки и инструмента с окружающей средой. Образуются физи­ ческие, химические, механические пленки в зависимости от содер­ жания СОС и режима резания. Эффективность СОС зависит от степени их реактивности с обрабатываемым материалом, метода подвода и количества СОС. Действие последних можно изобразить следующей схемой.

К этому необходимо добавить моющее действие СОС для уда­ ления стружки и различного рода частиц — элементов разруше-

29

К первой группе можно отнести охлаждающие газы, обладаю­ щие способностью не только отнимать тепло при снижении давле­

тов и эмульсии. Во избежание ржавления обрабатываемых изде­ лий, станка и инструмента в воде растворяют 5—10% кальцини­ рованной соды, хотя последняя действует неблагоприятно на окраску, шпаклевку станка и смазку подшипников. Некоторые окисные добавки к воде, например мыло, эмульсии различных масел, повышают смазывающие способности воды, что облегчает процесс резания.

Особенно широко применяются эмульсии типа масло —вода. Для устойчивости этих эмульсий со значительным содержанием масла вводится эмульгатор в виде различного рода мыл. Эмуль­ сия представляет собой двухфазную дисперсную систему, состоя­ щую из двух жидкостей, из которых одна распределена в среде другой в виде мелких капель, принимающих под действием поверх­ ностного натяжения сферическую форму. Для устойчивости та­ кой системы необходимо, чтобы жидкости не обладали способ­

обладают большим сродством с металлом (смачиваемостью) и, следовательно, способностью уменьшать трение. Здесь также весьма эффективны добавки поверхностно-активных веществ, на­ пример жирных кислот, металлических мыл и других органиче­ ских веществ, содержащих серу, фосфор, хлор и др.

Минеральные масла хуже охлаждают обрабатываемую поверх­ ность и инструмент, чем вода, но лучше их смачивают, так как

ношении их «режущих» способностей. Их применение дает возмож­ ность снизить мощность, потребляемую в процессе резания, и

30