При фрезеровании смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) используются главным образом для отвода теплоты от режущего инструмента, тем самым уменьшая теплообразование при резании металла. Они снижают температуру в зоне обработки и тем самым повышают стойкость режущего инструмента, улучшают качество обработанной поверхности, предохраняют от коррозии режущий инструмент и обрабатываемую заготовку.
К смазочно-охлаждающим жидкостям предъявляются следующие требования: высокая охлаждающая и смазывающая способность, антикоррозионная стойкость, обеспечение хороших санитарно-гигиенических условий труда. Кроме того, СОЖ не должна оказывать вредного воздействия на лакокрасочные покрытия станка. Разработанные марки СОЖ, как правило, удовлетворяют указанным требованиям.
В зону резания СОЖ для станков подводится различными способами: под давлением со стороны задней поверхности инструмента, распылением (аэрозольное, туманом), поливом и др. Рациональное применение СОЖ позволяет в ряде случаев повысить стойкость режущего инструмента от 1,5 до 4 раз. Смазочно-охлаждающие жидкости и способы их применения, эффективные для одной группы обрабатываемых материалов и видов обработки, могут быть малоэффективными для других материалов и видов обработки и даже оказывать вредное влияние. Каждой комбинации «обрабатываемый материал - вид обработки - инструментальный материал - режимы резания» должна соответствовать определенная, оптимальная для данных условий, смазочно-охлаждающая жидкость.
Смазочно-охлаждающие жидкости делятся на водно-эмульсионные (Укринол-1, РЗ-СОЖ-8) и масляные (МР-1, МР-4, ОСМ-3). Ниже приведены рекомендации по применению СОЖ при фрезеровании:
- Конструкционные углеродистые стали - 3% Укринол-1, 5-8% РЗ-СОЖ-8;
- Легированные стали - 5% Укринол-1;
- Инструментальные быстрорежущие стали - OCM-3;
- Нержавеющие стали - 5% Укринол-1 5-8% РЗ-СОЖ-8;
- Высокопрочные и жаропрочные стали - МР-1;
- Титановые сплавы - 5% Укринол-1 5-8% РЗ-СОЖ-8;
- Чугуны - 3% Укринол-1;
- Алюминий и алюминиевые сплавы - 3-5% Укринол-1;
- Медь и медные сплавы - MP-4.
Обработка, например, серого чугуна на универсальных фрезерных станках обычно производится без охлаждения, а ковкого чугуна - с охлаждением эмульсией. Рекомендуется применять СОЖ и при обработке серого чугуна. В этом случае желательно иметь защитные устройства в виде экранов, в особенности при работе торцовыми фрезами, оснащенными пластинками твердого сплава. Необходимость применения СОЖ при обработке чугунных корпусных деталей, например станин и кареток металлорежущих станков, иногда вызывается тем, что при фрезеровании без охлаждения эти детали могут нагреваться до 60-70° С.
Технические характеристики СОЖ, применяемых при фрезеровании, приведены ниже:
- Эмульсолы - Укринол-1, Аквол-2, ИХП-459, P3-COЖ-8;
- Синтетические и полусинтетические - Аквол-10, Аквол-11;
- Масляные - МР-1, MP-4, ОСМ-3.
Применение СОЖ при фрезеровании отличается некоторыми особенностями, которые не всегда учитывают в практике фрезерных работ. В большинстве случаев для работы фрез характерна прерывистость не только механических, но и тепловых нагрузок на режущие зубья. При использовании СОЖ перепад температур цикла нагрев (работа зуба) - охлаждение (холостой ход) резко возрастает. И вот такие периодически повторяющиеся температурные скачки в определенных условиях могут вызвать появление трещин на поверхности инструмента и, соответственно, образование сколов и выкрашивание зубьев.
Различные СОЖ обладают разной способностью отводить тепло от нагретого инструмента. Эта способность может быть охарактеризована как интенсивность (скорость) охлаждения. Для конкретного вида и метода подвода СОЖ и соответствующего типа инструментального материала интенсивность охлаждения можно определить величиной снижения температуры нагретого элемента (например, пластины твердого сплава) в единицу времени. Так, для воздуха (рис. 1) интенсивность охлаждения пластин твердого сплава марок Т15К6, ВК8 с температурой поверхности около 1070 К составляет 40...50 К/с. Таким образом, если охлаждать такую пластину на воздухе, то ее температура за 10 с понизится на 400...500 К. Более интенсивное охлаждение обеспечивают СОЖ на водной основе. При охлаждении водной эмульсией (линии 4, 5) можно выделить три зоны значений интенсивности охлаждения. При температуре нагрева инструментальных (Т15К6, ВК8) пластин менее 373 К интенсивность охлаждения составляет 120...160 К/с; для интервала температур 373-673 К она составляет 560 к/с; наибольшего значения в 1500 К/с интенсивность охлаждения достигает при нагреве свыше 700 К.
Рис. 1. Характер изменения интенсивности охлаждения пластин твердого сплава различными смазочно-охлаждающими технологическими средствами: 1 - воздух (Т15К6, ВК8); 2 - масляная СОЖ МР-1 (Т15К6); 3 - масляная СОЖ МР-1 (ВК8); 4 - 5%-ная эмульсия (Т15К6); 5 - 5%-ная эмульсия (ВК8)
Для масляных СОЖ (типа МР-1) интенсивность охлаждения (линии 2, 3) составит примерно 360 К/с при нагреве до 700 К и достигнет 500 К/с при температуре свыше 700 К.
Данные графиков на рис. 1 носят, естественно, условный и приближенный характер. В действительности на интенсивность охлаждения влияют множество различных факторов, учет которых в практике затруднен. В частности, на интенсивность охлаждения нагретого элемента большое влияние оказывают скорость подвода-отвода охлаждающей СОЖ, температура СОЖ в момент подвода, масса охлаждаемой пластины, характер и конструкция ее крепления, равномерность нагрева пластины, площадь контакта пластины с охлаждающей СОЖ и т. д.
Определение значения интенсивности охлаждающего действия СОЖ необходимо для правильного их назначения при фрезеровании. Следует устанавливать допустимую интенсивность охлаждения для используемого материала, так как при ее превышении может произойти разрушение инструмента.
Наиболее чувствительны к изменению температуры твердые сплавы. Так, например, стандартная пластина твердого сплава Т15К6 толщиной 10 мм, нагретая до температуры 800...1100 К, допускает скорость снижения температуры (интенсивность охлаждения) не более чем 100...150 К/с. Если охладить такую пластину водным раствором эмульсола (охлаждаемая интенсивность 1500 К/с), то на пластине из-за температурных деформаций возникнут трещины. Поэтому в практике фрезерных работ при использовании твердосплавного инструмента водные растворы эмульсолов применяют сравнительно редко.
Инструменты из быстрорежущих сталей менее чувствительны к изменениям температуры. Так, фрезы из стали Р18 допускают использование СОЖ, т. е. водных растворов различных эмульсолов, обеспечивающих интенсивность охлаждения 900...1000 К.
