Виды сож для станков с чпу

Использование смазочно-охлаждающей жидкости

Охлаждение снижает изнашивание режущего инструмента и повышает качество поверхности, которая обрабатывается. На прямые охлаждающие свойства СОЖ большое влияние оказывает не только теплоёмкость и теплопроводность, но и способность СОЖ к смачиванию металлических поверхностей и парообразованию, так как при высоких скоростях резания и температурах жидкость может не входить в непосредственный контакт с поверхностью инструмента из-за низкой смачиваемости или образования паровой подушки.

                  Смазочно-охлаждающие жидкости должны меть не только хорошие функциональные свойства, но и комплекс эксплуатационных свойств, придающие возможность их использования в условиях современного производства с учетом санитарно-гигиенических, социальных. Экономических и других требований.

         Одними из важнейшими эксплуатационными требованиями являются нетоксичность, стабильность, антикоррозионность, бактерицидность, гигиеничность СОЖ. Помимо этого смазочно-охлаждающие жидкости не должны разъедать окраску оборудования и трубопроводы, разбрызгиваться и вспениваться, эмульгировать смазочные и гидравлические масла, способствовать заеданию трущихся частей станка, разрушать изоляцию электрооборудования, сильно испаряться.

         СОЖ должны быть взрыво- и жаробезопасны, так же должны легко обезвреживаться и разлагаться перед сбрасыванием в сточные воды.

Способы очистки СОЖ

         Способы очистки жидкостей от загрязнений классифицируют по нескольким признакам.

По сущности процесса очистки жидкости от загрязнений различают:

1)    Очистку в силовых полях;

2)    Фильтрация путём пропускания жидкости через пористые или щелевые перегородки;

3)    Физико-химическая очистка.

Очистка жидкости в фильтрах происходит путём механического удержания загрязняющихся частиц на поверхности, в порах или щелях фильтрующих перегородок.

         Различают следующие основные виды фильтрации:

1.  Поверхностная – с удержанием частиц на поверхности фильтрующих перегородок;
2. Объёмная (глубинная) – с удержанием частиц на  поверхности или в каналах фильтрующей перегородки;
3. Щелевая – это когда частицы задерживаются на гранях и в щелевых пространствах, образуемых деталями фильтрующих элементов.

Фильтрующие перегородки выполняют из металлических сеток, набора металлических пластин, тонкослойных и толстослойных волокнистых и полимерных материалов, металлокерамики, шлаков, глин, стружки, гранулированного песка с других материалов.

По тонкости фильтрации ( наименьшему размеру задерживаемых частиц) фильтры делят на три группы:

1. Фильтр грубой очистки , задерживаемые частицы примесей размером больше 100 мкм;
2.  Фильтр нормальной фильтрации, отделяющие частицы размером больше 50 мкм;
3. Фильтр  тонкой очистки, удаляющие примеси с частицами размером менее 50 мкм.

Для очистки СОЖ используют множество разновидностей механических фильтров, например: с наполнителями, пластинчатые, сетчатые, транспортёры, мешочные, гильзовые, вакуумные, комбинированные и другие.  

Методы контроля качества очистки СОЖ

                На методы определения содержания механических примесей в углеводородных средах имеется ГОСТ 6370 – 59, 9279 – 59, 10577 – 63.

            Стандартные методы испытаний достаточно трудоёмки и применяются лишь в лабораторных условиях. Для определения содержания (концентрации) и размеров механических частиц содержащихся  в СОЖ, применяются традиционные методы дисперсионного анализа – силовой, микроскопический и так далее.  Но эти все методы длительны и могут быть выполнены только в лаборатории.

Подача СОЖ при обработке деталей лезвийным инструментом

В зону резания лезвийным инструментом применяют следующие основные способы подачи СОЖ:

1. Свободно падающей струи;
2. Напорной струи;
3. Струи воздушно-жидкостной смеси ( в распыленном состоянии) ;
4. Через каналы в теле режущего инструмента.

В промышленности наиболее широко применяют способ подачи СОЖ свободно падающей струёй (поливом). Техника применения остальных способов значительно сложнее, хотя каждый из них в своей области более эффективен, чем подача СОЖ поливом.

Существуют еще несколько способов подачи СОЖ, применяемых  лишь в единичных случаях. Например, на операциях нарезания резьбы метчиками применяют периодическую ( импульсную) подачу дозированного количества СОЖ на режущий инструмент перед началом обработки. На агрегатных станках СОЖ подают на метчик автоматически, на универсальных станках это делают вручную. На универсальных станках в единичном и мелкосерийном производстве применяют иногда способ контактного смачивания обрабатываемой детали кистью или тампоном впереди режущего инструмента (например, на операциях нарезания резьбы плашками).

Устройства для подачи СОЖ в зону резания

         Подача СОЖ свободно падающей струёй ( поливом). Большинство металлорежущих станков оснащены подачей СОЖ поливом. Эта система состоит из небольшого числа элементов.

         Из резервуара ( бака-отстойника) 1, через приёмный фильтр 2, по всасывающей трубе 3, СОЖ попадает в насос 4. По нагнетательным трубопроводам 5, минуя перепускной клапан 6, через кран 7 и сопло 8, жидкость направляется к зоне резания. Излишки СОЖ сливаются по трубопроводу 9 обратно в резервуар.

Рис . 1 –гидросистема подачи СОЖ поливом

         Для подачи СОЖ свободно падающей струёй используют электронасосы ПЗС -10, ПА – 22. ПА – 45, П – 90, П – 180. Для очистки СОЖ от механических примесей в большинстве случаев ограничиваются применением бака- отстойника, фильтра глубокой очистки (сетки), препятствующие попаданию  в бак крупной стружки. При необходимости более тонкой очистки в систему подачи СОЖ встраивают соответствующий фильтр или силовой очиститель.

         Трубопроводы и арматуру выбирают исходя из стандартных или нормализованных элементов.

                Подача СОЖ напорной струёй. Смысл  способа состоит в направлении тонкой струи СОЖ в зону контакта режущей кромки инструмента с обрабатываемой заготовкой со стороны задней грани лезвия. Условно различают подачу СОЖ высоконапорной струёй под давлением не менее 15 кгс/см². Через сопла с выходными отверстиями диаметром до 0,8 мм и подачу СОЖ низконапорной струёй под давлением 0,5 – 2 кгс/см² через сопла с отверстиями диаметром 2 – 5мм.

Рис. 2 – схемы подачи СОЖ напорной струёй

         Струю жидкости располагают строго в плоскости резания на расстоянии 1/3 глубины резания от вершины режущей кромки. Наилучшие показатели обработки достигают при скорости струи СОЖ 40 – 60 м/с и толщине потока жидкости 0,015 – 0,018 мм.

         Многочисленными исследованиями и опытом промышленного применения доказаны существенные преимущества подачи СОЖ высоконапорной струёй, особенно на операциях точения, строгания, фрезерования и протягивания и при обработке деталей из высоколегированных сталей, жаропрочных сплавов и чугунов.

         При большой длине омываемой ( охлаждаемой) части режущей кромки применяют сопла с щелевидными выходными отверстиями ( шириной 0,5 -0,6 мм и длиной в несколько миллиметров). Расстояние от выходного отверстия сопла до режущей кромки в вертикальном направлении должно быть минимально возможным, но в любом случае не более 80 – 130 мм.

         Иногда подачу СОЖ высоконапорной струёй комбинируют с подачей СОЖ поливом со стороны стружки и передней грани резца. При этом период стойкости режущего инструмента повышается примерно на 20 – 25 % по сравнению с применением только напорной струи.

         Недостатки подачи СОЖ высоконапорной струёй:

1. Сложность обеспечения в производственных условиях нужного направления струи СОЖ на режущую кромку инструмента (несоблюдение этого условия сводит на нет преимущества высоконапорной подачи СОЖ);
2. Необходимость тщательной очистки СОЖ, что бы исключить засорение сопла механическими примесями;
3. Необходимость оснащения станка специальной насосной станцией;
4. Сильное разбрызгивание жидкости.

Смазочно-охлаждающая жидкость в виде струи воздушно-жидкостной смеси. СОЖ и воздух смешивают и в виде струи воздушно-жидкостной смеси (аэрозоли) направляют в зону резания. Этот способ подачи СОЖ всесторонне исследован, теоретически обоснован, разработаны промышленные устройства для его применения на различных станках.

Большое повышение эффективности действия СОЖ при подаче в зону резания в распыленном состоянии можно объяснить повышением физической и химической активности СОЖ и тепло- и массобмена при обтекании ею нагретых частей за счет повышения удельной энергии и скорости движения, уменьшения размера частиц и температуры СОЖ по сравнению с охлаждением нераспыленной СОЖ.

Преимущества подачи СОЖ в виде струи воздушно-жидкостной смеси ( в распыленном состоянии) следует отнеси чрезвычайно малые расходы жидкости – не более 400 – 500 г/ч распыленной СОЖ на водной основе и 0,5 – 3 г/ч распыленного масла.

Распыленные СОЖ используют в следующих случаях: на операциях, где по разным причинам подача СОЖ поливом не применима, например, на операциях фрезерования по разметке, на тяжелых станках, на операциях заточки и т.д.; при обработке труднообрабатываемых материалов, когда полив СОЖ не обеспечивает требуемого эффекта; при необходимости оздоровления условий труда (гашения пыли при обработке чугуна, вместо керосина , скипидара и других раздражающих веществ при обработке легких сплавов и цветных материалов); для уменьшения температурных деформаций деталей в процессе обработки.

Распыление СОЖ применяют на агрегатных станках, автоматических линиях, и так же на станках с ЧПУ, в том числе на многооперационных станках. По гигиеническим соображениям можно распылять без предварительных исследований только 1,5%-ные эмульсии и масло индустриальное 20.

Индустриальное масло 20 в распыленном состоянии ( при расходах 0,5 – 3 г/ч) применяют на таких операциях как :

1. Обработка заготовок из машиноподелочных сталей твердосплавными резцами и фрезами (сверление, зенкерование и развертывание отверстий глубиной до четырёх диаметров, резьбонарезание);
2.  Обработки заготовок из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов  и из некоторых других труднообрабатываемых материалов твердосплавными резцами и фрезами;
3.  Обдирки заготовок резцами и фрезами на тяжелых станках;
4. Обработки легких и цветных сплавов различными инструментами.

Установки для распыления СОЖ состоят из следующих основных элементов: устройства для подготовки воздуха, включающего воздухоочиститель и редукционный клапан; устройства автоматизации, состоящего из воздухораспределителя с  механическим или электрическим управлением; распыливающего устройства, включающего бак, смеситель и сопло; транспортирующих элементов.

                Подача СОЖ через каналы в теле режущего инструмента. Этот метод подачи СОЖ широко используется при обработке осевым инструментом (сверлами, зенкерами, развертками, протяжками). Применение этого способа обеспечивает не только возможность транспортирования СОЖ в зону резания, но и удаление из этой зоны стружки, что имеет решающее значение для успешной операции сверления, рассверливания, зенкерования, развертывания, протягивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и т.д. На операциях обработки наружных поверхностей этот способ применяют редко, так как он не имеет преимуществ перед подачей СОЖ поливом. Так же минус способа  повышенное разбрызгивание жидкости.

Использование СОЖ при обработке отверстий

Зенкерование, сверление, рассверливание и развертывание. При сверлении, зенкеровании и развертывании отверстий на универсальных станках широко применяют подачу СОЖ поливом. В этом случае СОЖ подают по направлению стружечных канавок инструмента, тем самым обеспечивают поступление жидкости в зону резания и удаление стружки. Но эти задачи решаются при подаче СОЖ поливом неэффективно. Так как продвигающаяся от режущих кромок по канавкам инструмента стружка препятствует доступу СОЖ в зону резания, а энергия потока жидкости оказывается обычно недостаточной не только для удаления стружки из зоны резания, но даже для смывания её с режущего инструмента.

При сверлении отверстий в стальных деталях спиральными сверлами из инструментальной стали расход СОЖ, подаваемой поливом, должен быть не менее 4 -8 л/мин. При сверлении твердосплавными свёрлами стали и чугуна расход  СОЖ увеличивают до 12 – 16 л/мин.

Примерно такие же или несколько меньшие нормы расхода СОЖ поливом устанавливают на операциях рассверливания, зенкерования и развертывания. Разновидностью этого способа подачи СОЖ является направление СОЖ на сверло, зенкер или развертку через каналы в технологической оснастке, например в державках, патронах. Это конструктивное решение бывает целесообразно на токарных автоматах и револьверных станках, где вращается обрабатываемая заготовка, а не режущий инструмент.

На некоторых сверлильных операциях при зенкеровании и развертывании отверстий глубиной меньше двух диаметров, а так же отверстий малого диаметра СОЖ подводят через кольцевые насадки.

         Если СОЖ подают через кондукторную втулку, то шейка или направляющая часть развертки или зенкера не должны препятствовать доступу СОЖ в отверстие. Для этого на направляющей части инструмента следует прорезать и отполировать глубокие канавки. Для обработки отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов применяют свёрла, развертки и зенкеры с внутренним подводом СОЖ.  

Нормы расхода и давление СОЖ

         Производительность насоса, подающего СОЖ в зону глубокого сверления, рассчитывают, исходя из условия, что скорость транспортирующей жидкости должна быть не меньше скорости образования стружки. Практические нормы расхода и величины давления СОЖ на станках при сверлении кольцевыми сверлами обычно несколько превышают расчетные величины.

         Объем резервуара ( бака- отстойника) для СОЖ универсального станка для глубокого сверления желательно принимать с расчетом обеспечения 10- минутной работы насоса. Но для станков средних размеров ёмкость бака- отстойника не должна превышать 6м³. В целях стабилизации температуры жидкости в систему подачи СОЖ встраивают теплообменники и охладители.

         Протягивание.

На операциях протягивания внутренних и наружных поверхностей СОЖ обычно подают, поливом, стараясь создать на зубьях протяжки равномерный слой смазки еще до их контактирования с материалом обрабатываемой заготовки. Одновременно следует подавать СОЖ и в зону выхода протяжки для её охлаждения и смывания стружки. При обработке тонкостенных деталей необходимо охлаждать их третьей струёй жидкости. При протягивании отверстий лучшие результаты дают кольцевые устройства, с помощью которых обеспечивается более равномерное распределение СОЖ по всему периметру обрабатываемой поверхности.

         Нормы расхода СОЖ при протягивании зависят от многих факторов: принятой схемы и режимов резания, конструкции и материала протяжки, конфигурации обрабатываемой поверхности, материала обрабатываемой детали и другие. Для средних условий работы расход СОЖ составляет 10 – 20 л/мин. При скоростном протягивании (20 - 60 м/мин) расход СОЖ увеличивается до 30 – 50 л/мин. Примерно столько же СОЖ подают при наружном протягивании.

Большие затруднения встречаются подавая СОЖ при протягивании глубоких отверстий, а так же при обработке поверхностей большой длины. На таких операциях желательно увеличивать давление подаваемой СОЖ до 8 – 10 кгс/см², направляя поток СОЖ против направления протягивания. Если повышение давления СОЖ почему-то окажется невозможным, следует использовать стандартные электронасосы большой производительности.

Нарезание резьбы метчиком

Нарезание резьбы метчиком, выполняют с подачей СОЖ поливом или с импульсной подачей СОЖ на метчик перед началом цикла. Особые трудности возникают при нарезании резьбы в глухих отверстиях. 

Наиболее радикальным методом решения задачи отвода стружки из зоны резания, повышения производительности и качества нарезания резьбы метчиками является применение метчиков с каналами для подвода СОЖ в зону резания. Каналы  для подвода СОЖ повышают стойкость метчиков в 1,5-2 раза, исключают их поломки вследствие затупления, улучшают качество резьбы. Зона обработки должна быть надежно экранирована, что бы предотвратить разбрызгивание СОЖ. Но при этом затрудняется наблюдение за процессом резьбонарезания.

Применение СОЖ на автоматических линиях и агрегатных станках

                В массовом и крупносерийном производстве автоматические линии включают в централизованную систему подачи СОЖ, рассчитанную на весь цех или группу линий и станков.

         В агрегатных станках и автоматических линиях, состоящих из этих станков, применяют системы подачи СОЖ трёх типов

1. Системы низкого давления, в которых для подачи эмульсий и синтетических СОЖ поливом используют электронасосы типов П, ПА и ПЗС.
2. Системы высоко давления, в которых подача СОЖ производится шестеренными насосами типа БГ. Эти системы применяют для подачи углеводородных СОЖ поливом и через инструмент (кроме ружейных сверл) и эмульсий через инструмент. На некоторых агрегатных станках работает одновременно большое число разных инструментов. В связи с этим иногда сочетают на одном станке подачу СОЖ под давлением через инструмент и подачу СОЖ поливом.
3. Системы низкого давления, в которых подвод СОЖ через инструмент производится вихревыми насосами типа ВМК, сечения каналов подвода жидкости в муфте и инструменте назначают из расчета скорости потока не более 5 м.с. Насос подбирают, исходя из расхода СОЖ на весь станок.

Способы подачи СОЖ при абразивном и алмазном шлифовании

Подачу СОЖ к зоне резания свободно падающей струёй (поливом) широко применяют на универсальных круглошлифовальных станках. СОЖ  подают к зоне резания с помощью центробежного электронасоса, через сопло, имеющее щелевое или круглое выходное отверстие (при внутреннем шлифовании СОЖ подают так же через осевое отверстие шпинделя). Скорость истечения жидкости примерно 1м.с. Интенсивность охлаждения должна возрастать с увеличением поверхности контакта инструмента и заготовки, высоты круга и плотности структуры, а так же с уменьшением размеров абразивных зерен.

         Чем выше должно быть качество шлифованной детали, тем обильнее нужно подавать СОЖ. При круглом, наружном, внутреннем и плоском шлифовании периферией круга расход СОЖ должен быть не менее 8 – 10 л/мин на каждые 10мм ширина сегмента или кольца (все нормы расхода СОЖ для шлифования с линейной скоростью круга 30 – 35 м.с).

         В результате действия воздушных потоков, создаваемых вращающимся шлифовальным кругом, большая часть жидкости, подаваемой наиболее распространенным в настоящее время способом полива, практически никакого участия в процессе шлифования не имеет.

Требования при работе с СОЖ

1. Не применять СОЖ без предварительной токсикологический оценки.
2. Тщательно следить за качеством применяемых СОЖ.
3. В индивидуальных системах циркуляции СОЖ при трехсменной работе с полной загрузкой эмульсии необходимо полностью заменять через одну неделю, при меньшей загрузке – через две недели. Периодичность замены масляных СОЖ 1 - 2  раза в месяц. При этом следует спустить всё содержимое системы подачи СОЖ, промыть её сильной струёй водного раствора моющего средства и заполнить свежей СОЖ.
4. Обязателен постоянный контроль предельно допустимых концентраций паров, газов и аэрозолей вредных веществ в атмосфере цеха и в рабочей зоне металлорежущих станков.

Можно сделать вывод, что смазочно - охлаждающая жидкость (СОЖ) является важнейшим элементом технологического процесса, для повышения производительности качества обработки.