Диссертация - Повышение эффективности и экологической безопасности лезвийного резания путем применения энергетической активации и оптимизации состава присадок СОТС
Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ
Условные обозначения и сокращения...9
Введение...14
1. Аналитический обзор...27
1.1. Современные представления о механизме смазочного действия при лезвийной обработке металлов...27
1.1.1. Кинетический аспект смазочного действия СОТС...27
1.1.2. Адсорбция и ПАВ в процессе резания...29
1.1.3. Механохимия и трибохимия. Их роль при изучении процесса резания...35
1.2. Активация СОТС внешними энергетическими воздействиями...37
1.2.1. Проблема управления активностью СОТС...37
1.2.2. Основные теоретические предпосылки активации СОТС ...37
1.2.3. Применение методов внешней энергетической активации при обработке резанием...39
1.3. Влияние кислорода на процессы граничного трения и резания металлов...44
1.3.1. Влияние состава внешней газовой среды на процессы трения и износа...45
1.3.2. Совместное действие кислорода и других компонентов СОТС...50
1.3.3. Применение СОТС в распыленном состоянии...54
1.3.4. Влияние перекисей на процессы резания и граничного трения...55
1.4. Пластичные СОТС для обработки металлов резанием...56
1.4.1. Состав и структура пластичных смазок...56
1.4.2. Присадки и наполнители в пластичных смазках...58
1.4.3. Области применения и типы пластичных СОТС...59
1.4.4. Трибологические свойства пластичных смазок...61
1.5. Стекловидные и стеклообразующие смазочные компоненты...62
Ф 1.6. Выводы по результатам аналитического обзора, постановка цели ./, и задач исследования...65
1.6.1. Выводы по аналитическому обзору...65
1.6.2. Формулирование цели и постановка задач исследования...67 2. Выбор материалов для исследования...69
2.1. Обрабатываемые материалы...69
2.2. Поверхностно-активные вещества...69
2.3. Неорганические перекисные соединения...71
2.3.1. Обоснование выбора присадок-перекисей...71
2.3.2. Физико-химические свойства перекисей...73
2.4. Галогениды...76
2.5. Стекловидные и стеклообразующие материалы...80
^ 3. Теоретических основы конструирования СОТС, содержащих
поверхностно- и химически-активные компоненты...86
3.1. Механохимический подход к проблеме СОТС...86
3.2. Роль кислорода и неорганических перекисей в процессах образовании химических пленок на контактных поверхностях при
^ резании металлов...91
3.2.1. Влияние воды и кислорода на процессы образования химических пленок при резании металлов...91
3.2.2. Влияние добавок неорганических перекисей на процессы образования химических пленок...95
3.2.3. Рабочая гипотеза о синергизме поверхностно-активных и
» химически-активных присадок в составе СОТС...97
3.3. Мономолекулярная адсорбция при формировании смазочного слоя молекулами ПАВ...107
3.4. Дериватография...114
3
4. Основные экспериментальные методики...130
4.1. Модельные испытания на машине трения СМЦ-2...130
ф 4.2. Измерение размерного износа режущего инструмента...131
f, 4.2.1. Методика эксперимента...131
4.2.2. Статистическое определение достоверности результатов по измерению величины размерного износа...136
4.3. Методика оценки шероховатости обработанной поверхности.. 137
4.4. Методика измерения средней контактной температуры...138
4.5. Установка для одновременного измерения средней контактной температуры, компонент силы резания и размерного износа инструмента...140
4.6. Установка и методика для экспресс-диагностики трибологических характеристик СОТС с использованием конического индентора142
4.6.1. Конструкция установки...142
4.6.2. Теория метода...144
4.7. Методика трибологического испытания пластичных смазочных материалов путем имитации сверления...146
4.8. Методика исследования структуры изношенной поверхности инструмента рентгеновским методом...149
5. Разработка техники применения активации СОТС внешними энергетическими воздействиями...151
5.1. Термическая активация...151
5.1.1. Обоснование техники применения СОТС в парогазовом состоянии...151
5.1.2. Экспериментальные исследования паровой смазки...153
± 5.1.3. Интерпретация результатов эксперимента...158
5.2. Электрохимическая активация...159
5.2.1. Насадок с гальванопарами...159
5.2.2. Сопловой насадок для гальванической активации и аэрации
СОТС...167
ф 5.2.3. Сопловой насадок с дисперсной активирующей массой и .^ ультразвуковой депассивацией гальваноэлементов...168
5.3. Устройство для механической активации СОТС путем диспергирования...171
5.4. Магнитная активация...173
5.5. Выводы по главе 5...176
6. Исследование влияния трибоактивных присадок на физико-химические и технологические свойства СОТС...177
6.1. Влияние присадок на физико-химические свойства СОТС...177
6.1.1. Электропроводность растворов ПАВ с присадками перекисей...177
6.1.2. Вязкость, электропроводность и pH...178
6.2. Влияние внешней среды на пластическую деформацию и разрушение обрабатываемого материала...182
6.3. Совместное использование ПАВ и перекисей в смазочных композициях...191
6.3.1. Исследование процесса трения фрикционной пары ВК8-12Х18Н10Т в среде ПАВ и с добавками неорганических перекисей...191
6.3.2. Модельные испытания смазочных материалов с использованием конического индентора...202
6.3.3. Исследование влияния ПАВ и неорганических перекисей на компоненты силы резания...204
„• 6.3.4. Влияние концентрации ПАВ и неорганических перекисей на
изменения силы резания, интенсивности изнашивания и средней контактной температуры...217
6.3.5. Исследование влияния износа резца на проекции силы
резания и величину термо-ЭДС...243
# 6.3.6. Влияние ПАВ и неорганических перекисей на процесс yL> стружкообразования...248
6.3.7. Влияние ПАВ и перекисей на величину наклепа обработанной поверхности и упрочнение стружки...263
6.3.8. Определение влияния ПАВ и неорганических перекисей на контактные процессы на передней поверхности режущего инструмента...267
6.3.9. Влияние ПАВ и неорганических перекисей на частоту образования элементов стружки...281
6.3.10. Влияние СОТС с присадками ПАВ и неорганических перекисей на шероховатость обработанной поверхности..285
6.4. Исследование влияния СОТС с присадками неорганических
г*
перекисей на износ режущего инструмента...291
6.4.1. Эксперимент при точении стали 12Х18Н10Т резцами со сменными пластинками из твердого сплава...291
6.4.2. Роль наростообразования в изнашивании твердосплавного инструмента...311
6.5. Влияние добавок перекиси водорода к водным растворам галогенидов на износ режущего инструмента и качество обработанной поверхности...314
6.6. Выводы по главе 6...325
7. Пластичные СОТС на основе ПАВ с трибоактивными присадками и
наполнителями...329
w 7.1. Испытания стекловидных и стеклообразующих присадок и
наполнителей...329
7.2. Пластичные СОТС на основе ПАВ с присадками...349
7.2.1. Пастообразные СОТС с присадками перекисей...349
6
7.2.2. Новые пластичные СОТС...352
8. Практическое использование результатов работы...361
ф 8.1. Разработанные и усовершенствованные экспериментальные
^ методики...361
8.2. Способы обработки, конструкции инструментов и устройств техники применения СОТС...362
8.3. Составы СОТС...363
8.4. Экологические результаты диссертационной работы...366
9. Обсуждение основных результатов работы и общие выводы...371
Литература...375
Приложения (отдельный том)...
Приложение 1. Авторские свидетельства и патенты на изобретения...
Приложение 2. Свидетельство о защите прав на интеллектуальный
продукт...
- '" Приложение 3. Свидетельство о защите прав на полезную модель...
Приложение 4 Свидетельство на товарный знак для выпускаемой
номенклатуры СОТС...
Приложение 5. Технические условия на выпуск СОТС и санитарно-гигиенические паспорта...
Приложение 6. Акты внедрения результатов...
Благодарность
Автор выражает благодарность:
- научному консультанту — заслуженному деятелю науки и техники РФ, д.т.н., проф. В.Н. Латышеву — многолетнему наставнику автора в его исследовательской деятельности со студенческой скамьи до настоящего времени;
- заслуженному изобретателю СССР, д.т.н., проф. В.В. Подгоркову за длительное, тесное и единодушное сотрудничество в исследовательской и изобретательской работе;
- д.т.н. проф. В.А. Годлевскому за полезное обсуждение теоретических аспектов работы и консультации по компьютерному оформлении диссертации;
-всему коллективу преподавателей и сотрудников кафедры за посто- янную ободряющую поддержку в течение многих лет научных исследований, результатом которых явилась настоящая работа.
8
