химия. Введение Объект исследования Масляные смазочноохлаждающие жидкости. Актуальность работы
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
Введение Объект исследования: Масляные смазочно-охлаждающие жидкости. Актуальность работы: При обработке металлов резанием на ряде операций (точение на многошпиндельных токарных автоматах, протягивание, сверление глубоких отверстий и др.) применяются масляные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) базовой основой которых является минеральное масло. В процессе эксплуатации этих жидкостей происходит их “старение”. При этом доминирующим фактором является процесс окисления, который происходит под действием кислорода воздуха и температуры. С позиции теории цепных реакций общая схема реакции окисления углеводородов описывается следующими стадиями [7]: Спирты  Углеводороды  Гидроперекись Кетоны Кислоты. Конечным продуктом окисления углеводородов являются органические кислоты, а также продукты конденсации и полимеризации кислот, образующиеся в виде осадков, растворимых и нерастворимых в масле. Накапливаясь в СОЖ, продукты окисления изменяют её физико-химические характеристики (вязкость, плотность, кислотное число и др.), что оказывает определяющее влияние на продолжительность эксплуатации жидкости [5]. Поэтому масляные СОЖ необходимо заменять в системах охлаждения станков через 3…6 месяцев[5], осуществляя периодический контроль следующих параметров: кинематическая вязкость, кислотное число, содержание серы и др. На практике контроль указанных параметров осуществляется химико-аналитическими методами, для которых характерны высокие стоимость и трудоемкость. Альтернативой химико-аналитическим методам является метод оптической спектроскопии, который не имеет указанных недостатков. Однако использованию этого метода препятствует отсутствие аналитических зависимостей, описывающих взаимосвязь между физико-химическими и оптическими характеристиками масляных СОЖ. Цель работы: Установление аналитических зависимостей между физико-химическими и оптическими характеристиками масляных СОЖ, имеющими место при их “старении”. Постановка задачи: Дать классификацию современных типов СОЖ, описать их действия на процесс резания и современное производство масляных СОЖ; Кратко изложить механизм “старения” масляных СОЖ; Химико-аналитическими методами определить физико-механические свойства трёх марок масляных СОЖ; Используя спектроскопический метод, исследовать оптический свойства трёх марок масляных СОЖ и установить аналитические зависимости между физико-химическими и оптическими характеристиками этих жидкости. Содержание диссертации В первой главе рассмотрены СОЖ, используемые при обработке металлов резанием, указаны области их применения и действия, оказываемые на процессе резания. Во второй главе рассмотрено современное производство масляных СОЖ, применяемых при обработке металле в резанием. Кратко изложен механизм “старения” масляных СОЖ. В третьей главе рассмотрены методы очистки масляных СОЖ и область их применения. В четвертой главе описана методика эксперимента и применяемые средства измерений. В пятой главе представлены результаты экспериментального исследования, приведены аналитические зависимости между физико-химическими и оптическими характеристиками масляных СОЖ трёх марок. В шестой главе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. В седьмой главе социальная ответственность. Глава 1. Смазочно-охлаждающие технологические средства, применяемые при резании металлов Современные смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) - это сложные многокомпонентные системы, широко используемые в механообработке (рис.1.1). По агрегатному состоянию СОТС делятся на жидкие (смазочно-охлаждающая жидкость - СОЖ), твердые, пластичные и газообразные[4]. Из них СОЖ получили наибольшее применение при обработке металлов резанием.  Рис.1.1. Основные типы СОТС, применяемые при резании металлов На процесс резания СОЖ оказывает смазывающее, охлаждающее, моющее и др. действия. Смазывающее действие СОЖ состоит в уменьшении силы трения и вероятности появления адгезионных связей между инструментом, заготовкой и стружкой. Смазывающее действие СОЖ проявляется при поступлении СОЖ в контактную зону между инструментом и заготовкой, которое происходит по следующим схемам (рис.1.2)[2]: а) через сеть капилляров между поверхностями заготовки и инструмента; б) через полости , возникающие при периодических срывах нароста; в) при нарушении сплошности контакта между поверхностями заготовки и инструмента , вызванного колебаниями; г) путем диффузии через трещины и другие дефекты , возникающие при образовании стружки в процессе пластической деформации.  а) б) в) г) Рис.1.2. Схемы поступления СОЖ в контактную зону при резании (В.Н.Латышев): а-через сеть капилляров между поверхностями заготовки и инструмента; б-через полости, возникающие при периодических срывах нароста; в-при нарушении сплошности контакта между поверхностями заготовки и инструмента , вызванного колебаниями; г-путем диффузии через трещины и другие дефекты в стружке Несмотря на то что, сети капилляров имеют малые размеры (1...4мкм), постоянное поступление ионов, молекул СОЖ и ее паров в контактную зону обеспечивается на низких и средних скоростях резания. При резании на высоких скоростях (v≥150м/мин) и с большими подачами условия, проникновения СОЖ ухудшаются при резком росте контактных давлений и температуры. При этом, смазочный материал поступает в зону резания в виде паров - продуктов разложения СОЖ. Благодаря высокой реакционной способности новых, свежеобразованных (ювенильных) поверхностей стружки и заготовки создаются, благоприятные условия для проникновения СОЖ. Этот процесс как насос притягивают молекулы и ионы смазывающих материалов. Проникающая способность СОЖ зависит от следующих факторов - размеров молекул и ионов, их способности адсорбироваться (концентрироваться) на трущихся поверхностях. Наибольшей проникающей способностью обладают ионы галогенов (хлор , брома , фтора , йода) и молекулы некоторых органических кислот (олеиновой , стеариновой и др.) . Смазывающее действие СОЖ выражается также в том что, на поверхностях трения образуют пленки. Они образуются за счет молекулярной адсорбции или - за счет химических реакций с вновь образуемыми поверхностями стружки и заготовки. Достоинствами этих тончайших пленок являются снижение силы трения, ослабление или экранирование адгезионного взаимодействия между инструментом, стружкой и заготовкой, а следовательно, снижение износа инструмента и уменьшение шероховатости обработанной поверхности. Поэтому СОЖ, которые обладают повышенным смазывающим действием, используются на чистовых операциях осуществляются с малой скоростью резания. Например, при использовании инструментов с выглаживающими элементами, таких как сверла и развертки одностороннего резания. При этих условиях должны использоваться масляные СОЖ с противоизносными и противозадирными присадками (S, P), потому что водные эмульсии в этих случаях вызывают вибрацию. Охлаждающее действие СОЖ проявляется в интенсивном отводе тепла от наиболее нагретых поверхностей инструмента и заготовки из-за конвективного теплообмена, который связан с движением жидкости и ее теплопроводностью. При этом, теплоотвод проявляется тем лучше, чем выше теплопроводность, удельная теплоемкость, смачиваемость и скорость ее движения через зону резания. Если выбирают правильные способы подвода СОЖ , то температуру резания можно снизить на 100...200℃. Моющее действие СОЖ заключается в том, что в процессе резания, продукты износа инструмента и заготовки в виде твердых частиц карбидов, мелкой стружки и т.п. должны удаляться из зоны резания, потому что они могут усиливать абразивный износ инструмента и повышать шероховатость обработанной поверхности. Моющее действие улучшается за счет введения в СОЖ поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые уменьшают поверхностное натяжение жидкости, и тем самый улучшают моющее действие. Молекулы СОЖ обволакивают удаляемые частицы, препятствуя их слипанию и, тем самым, облегчают их удаление из зоны резания. С помощью моющего действия возможна обработка резанием хрупких материалов. |