Новая твердая смазка на органической основе с наполнителями из наноматериалов обеспечивает комплексное повышение эффективности металлообработки: улучшение качества и сокращение времени шлифования и полирования, устранение прижогов, уменьшение температуры в зоне обработки, увеличение срока службы абразивного инструмента.

DOI:10.22184/1993-8578.2015.58.4.72.78

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
Книги по теме
Вакс Е.Д., Лебёдкин И.Ф., Миленький М.Н., Сапрыкин Л.Г., Толокнов А.В.

читать книгу
Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M.

читать книгу
Суминов И.В.,Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M.

читать книгу
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Пул Ч.П. мл., Оуэнс Ф.Дж.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #4/2015
В.Шевченко, А.Рябина, В.Торокин, В.Алехина
Смазочная композиция для улучшения абразивной обработки материалов
Просмотры: 5721
Новая твердая смазка на органической основе с наполнителями из наноматериалов обеспечивает комплексное повышение эффективности металлообработки: улучшение качества и сокращение времени шлифования и полирования, устранение прижогов, уменьшение температуры в зоне обработки, увеличение срока службы абразивного инструмента.

DOI:10.22184/1993-8578.2015.58.4.72.78
Эффективность металлообработки – комплекс-
ный показатель, учитывающий в числе прочих условий роль режущего инструмента, его влияние на производительность труда, экономичность и "металлоемкость". Технологические смазки для абразивной обработки применяются в машиностроении и других отраслях промышленности в процессах , связанных со шлифованием и полированием черных и цветных металлов, а также их сплавов. Применение смазочно-охлаждающих технологических средств позволяет значительно повысить эффективность шлифования. Путем совершенствования составов и технологий использования смазочно-охлаждающих средств можно существенно увеличить эффективность абразивного инструмента, обеспечить получение тре­буемого класса шлифованных поверхностей деталей за меньшее время. Таким образом, применение современных смазочно-охлаждающих средств, в том числе нестандартных, таких как, например, карандаши твердой смазки (КТС), обеспечивает повышение качества продукции машиностроительных предприятий.

Подбор оптимального состава КТС, позво­ляющего стабилизировать режущую способность шлифовального круга, – задача весьма сложная. Компоненты КТС должны отвечать следующим требованиям: функциональность (смазочная способность), стабильность при хранении, пожарная безопасность, экологическая безопасность. Замена экологически опасных компонентов на менее химически активные, а также использование более дешевых наполнителей, эффективность действия которых можно повысить путем применения комбинации присадок из наноматериалов и относительно дешевых органических материалов, обуславливают возможность получения КТС, отвечающего всем вышеперечисленным требованиям. Авторы разработали, запатентовали и провели испытания КТС с наполнителями из наноматериалов, который обеспечивает повышение эффективности обработки металлов и достижение высокого качества обработки поверхности, в частности, значительное снижение ее шероховатости.

Разработка КТС

Перед авторами стояла задача – разработать состав смазки для абразивной обработки различных металлов и сплавов, позволивший бы достичь высокого качества поверхности за счет значительного снижения ее шероховатости. В соответствии с предъявляемыми к современным КТС санитарно-гигиеническими требованиями учитывались недостатки известных твердых смазок, содержащих экологически вредные компоненты – олово, свинец, кадмий и др.

При резании или шлифовании в зоне контакта с обрабатываемой деталью выделяется большое количество тепла, и температура достигает 1000–1600°С [1]. В результате нагрева обрабатываемой детали на ее поверхности образуются прижоги. Таким образом, при изготовлении твердой смазки необходимо также учитывать необходимость охлаждения обрабаты­ваемой поверхности. Уменьшение коэффициента трения между шлифуемой поверхностью и абразивным кругом также актуально [2], поскольку трение в процессах механической обработки оказывает большое влияние на износостойкость инструмента. Эта задача решается путем добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), обладающих большим сродством с металлом (смачивающей способностью) и, следовательно, уменьшающих трение [3].

Твердые смазочные материалы приме­няются для повышения технологической эффективности процессов абразивной обработки. Высокодисперсные абразивные наполнители обеспечивают формирование на поверхностях трения структуру с высокими трибологическими характеристиками. Влияние нанодобавок на трибологические процессы в местах контакта изучались во многих работах [4, 5]. Так, НПО "Нанотех" разработал ряд материалов, приме­няемых в качестве присадок к моторным и индустриальным маслам. К ним относятся кластерные алмазы с размерами до 100 ангстрем и ультрадисперсный наноалмазографит. В работе [4] установлено, что введение нанопорошков меди и никеля в моторное масло SAE10W-30 позволяет уменьшить износ и до двух раз снизить коэффициент трения в узле трения накладки и вала, что в свою очередь влияет на контактную температуру.

Отличительной особенностью разработанной авторами твердой смазки является содержание в ее составе, кроме высокоэффективных ПАВ (минерального масла, низкомолекулярного полиэтилена и др.), также смеси ультрадисперсных порошков углетермического восстановления лейкоксена (продукта обогащения нефтеносных кремнисто-титановых руд) и нитрида алюминия (AlN). Последний является техническим керамическим материалом, который обладает чрезвычайно интересным сочетанием очень высокой теплопроводности и отличных изоляционных свойств.

Около 90% содержащихся в лейкоксене компонентов составляют оксиды титана и кремния (табл.1). Карботермическое восстановление лейкоксена при определенных температурах в газовой среде позволяет получить механическую порошковую смесь карбида кремния и карбонитрида титана с разным соотношением компонентов (50–70 масс.% TiC1-xNx и 20–40 масс.% SiC) [6].

Величина удельной поверхности – одна из важнейших характеристик наноматериала, определяющая активность протекания физико-химических процессов и многие технологические свойства. Знание этого параметра особенно необходимо в случае, когда в технологическом процессе работает именно поверхность. Важнейшей характеристикой наноматериалов также является размер частиц.

Использованный при создании КТС порошок нитрида алюминия имел удельную поверхность 27 м2/г. Гранулометрический анализ, выполненный на лазерном гранулометре Horiba LA-950 с обработкой ультразвуком, показал, что средний размер частиц составляет 0,15 мкм. Благодаря высокой хрупкости переработанного лейкоксена размол в шаровой мельнице позволяет получать порошки различной дисперсности. В нашем случае средний размер частиц составлял 3–5 мкм.

Правильно подобранное связующее повышает адгезию к материалу обрабатываемой заготовки, способствует образованию равномерного смазочного слоя на поверхности трения, повышению долговечности КТС. Связующее, обладающее достаточно хорошей прочностью сцепления с поверхностями трения, значительно увеличивает износостойкость КТС. Установлено, что антифрикционные и адгезионные свойства КТС существенно зависят от соотношения содержания наполнителя и связующего: чем больше связующего, тем прочнее связь обра­зующихся в процессе шлифования пленок с обрабаты­ваемой поверхностью; чем меньше связующего, тем выше антифрикционные свойства КТС. Граничные значения содержания компонентов смазки выбирают в соответствии с экспериментальными данными.

Проведенные авторами экспериментальные исследования позволили установить, что дополнительное введение в состав смазки линолевой кислоты может улучшить смазывающие свойства. Так, при содержании линолевой кислоты менее 16,5 масс.% наблюдается увеличение трения прохода инструмента по материалу, а при содержании линолевой кислоты более 31 масс.% – проскальзывание инструмента по материалу и, как следствие, увеличение времени обработки. Также путем эксперимента был установлен оптимальный состав наполнителя – высокодисперсного порошка. Лучшие физико-химические свойства были получены при введении в состав смазки смеси продукта термического восстановления лейкоксена и нитрида алюминия в соотношении 1 : 2.

Ряд экспериментов был выполнен для определения оптимального соотношения в составе наполнителя "твердой" и "мягкой" состав­ляющих: нитрида алюминия, который обладает высокой микротвердостью, обеспечи­вающей снятие шероховатостей с поверхности, и продукта термического восстановления лейкоксена, который обеспечивает заглаживание неровностей, образовавшихся в результате действия "твердой" составляющей, полировку поверхности. Только определенная их пропорция обеспечивает достижение технического результата – снижения шероховатости обрабатываемой поверхности. Так, при соотношении продукта термического восстановления лейкоксена и нитрида алюминия менее 1 : 2 наблюдается ухудшение чистоты обрабатываемой поверхности, а при соотношении более 1 : 1 – засаливание рабочей поверхности абразивного инструмента.

Использование ультрадисперсного порошка AlN приводит к быстрому образованию плакирующего слоя. Совместное использование лейкоксена и нитрида алюминия дает отличный синергетический эффект – плакирующая пленка представляет собой высокотвердый (устойчивый к изнашиванию) композит толщиной до 4 мкм. При этом контактная температура в зоне контакта снижается до 30%, что приводит к уменьшению вероятности появления прижогов и трещин в поверхностном слое шлифуемых деталей.

Изготовление и испытание КТС

В качестве исходных компонентов использовались стеариновая кислота ГОСТ 6484-64, линолевая кислота ГОСТ 30623-98, низкомолекулярный полиэтилен марки НМПЭ-1 ТУ-6-05-18-37-82, минеральное масло (веретенное) ГОСТ 1642-75, хлорфторуглеродное масло ОСТ 6-02-6-81 и смесь ультрадисперсных порошков продукта термического восстановления лейкоксена и нитрида алюминия, взятых в соотношении 1 : 2. В расплав смеси стеариновой и линолевой кислот при 70–75°C вводятся расплав низкомолекулярного полиэтилена и эмульсия хлорфторуглеродного масла в минеральном масле. Затем добав­ляется смесь ультрадисперсного или микронного порошка продукта термического восстановления лейкоксена и нитрида алюминия. Полученную массу перемешивают в течение 10–15 мин при 70–75°C. Установка для синтеза КТС представлена на рис.1.

Полученную смазку испытывали при шлифовании образцов из нержавеющей стали, меди и титанового сплава. Образцы размером 18 × 30 × 40 мм шлифовали лентой 14А25Н С/с по ТУ 2-036-766-78 с прижимом 29,4 Н и скоростью 25 м/с. Прижоги оценивали визуально с помощью микроскопа по появлению цветов побежалости. Шероховатость поверхности Ra измеряли на профилографе-профиломет­ре мод.201. Смазку наносили через каждые 10 циклов. Данные о шероховатости Ra обработанной поверхности при использовании КТС приведены в табл.2.

КТС (рис.2, 3) прошли испытания и применяют­ся на следующих предприятиях: "Уральский завод гражданской авиации", "Уральский турбинный завод", "СИЗ" Свердловский инструментальный завод" и др. Результаты испытаний подтверждены соответствующими документами. Составы твердых смазок защищены охранными документами РФ.

Преимущества

Эффекты, достигаемые при применении КТС, обусловлены уникальными свойствами ПАВ, входящих в состав смазки, физико-химическими свойствами высокодисперсных абразивных материалов, а также технологией ее получения. Технический результат разработки заключается в снижении шероховатости на 1 класс при шлифовании и на 3–4 класса при полировании, устранении прижогов, уменьшении температуры в зоне контакта, сокращении времени обработки поверхности. Твердая смазка не содержит вредных веществ и является экологически чистой. Срок службы абразивного инструмента (за счет сохранения стойкости профиля и значительного уменьшения "засаливания") увеличивается в 10 и более раз в сравнении с ранее применяемыми смазками.

Литература

1. Терган В.С., Доктор Л.Ш. Шлифование на круглошлифовальных станках // Учебник для проф.-техн. училищ / Изд.2-е перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1977.

2. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. Повышение износостойкости деталей конструкций самолетов. – М.: Машиностроение, 1974, 200 c.

3. Вульф А.М. Резание металлов. – М.-Л.: Машгиз, 1963. 428 c.

4. Ильин А.П. Влияние суспензии "моторное масло + смесь нанопорошков меди и никеля" на трибологические свойства пары трения "углеродистая сталь – низколегированная сталь" / А.П.Ильин, О.Б.Назаренко, С.В.Рихерт // Известия Томского политехнического университета, 2004. Т. 307, № 3.
С. 77–79.

5. Наноматериалы в техническом сервисе сельскохозяйственных машин: уч. пособ. для студ. высш. учебн. завед. по агроинженерным специальностям / Под ред. акад. РАСХН В.И.Черноиванова. – Челябинск-Москва, 2010.

6. Швейкин Г.П., Николаенко И.В. Переработка лейкоксенового концентрата и получение на его основе продуктов и материалов // Химическая технология, 2008. Т. 9, № 8. С. 394–401.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art