ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Происходящие в зоне резания процессы способствуют быстрому износу режущего инструмента и снижению качества обрабатываемой заготовки. Уменьшения воздействия негативных факторов при обработке металлов резанием можно достичь за счет рационального выбора смазочно-охлаждающей жидкости. Целью работы является разработка методики ускоренной оценки смазочных свойств СОЖ, применяемых при обработке металлов резанием. Методы. Представлены экспериментальные исследования смазочного действия семи различных марок СОЖ при трении колодки из твердого сплава Т15К6 и вращающегося ролика из углеродистой конструкционной стали 45. В качестве параметра эффективности СОЖ по смазочному действию в статье предлагается коэффициент эффективности Ксм, который равен отношению коэффициента трения, возникающего при применении СОЖ, к коэффициенту трения при трении без СОЖ. Чем меньше коэффициент Ксм, тем более эффективна данная СОЖ по смазочному действию. Результаты. Были установлены эмпирические зависимости коэффициента Ксм от плотности СОЖ ρ и краевого угла смачивания Θ (Ксм = f(ρ;Θ)). Поскольку была установлена низкая значимость параметра ρ, в работе установлена формула зависимости Ксм только от краевого угла смачивания Θ (Ксм = f(Θ)). Установлено, что формула зависимости Ксм = f(Θ) обеспечивает наибольшую точность расчетов. Обсуждение. После оценки результатов исследований, представленных в данной статье, были сделаны следующие выводы: 1) в работе установлены зависимости коэффициента эффективности СОЖ по смазочному действию, определенному для трения между роликом из стали 45 и колодкой из сплава Т15К6, от величины плотности СОЖ и краевого угла смачивания: Ксм = f(ρ;Θ) и Ксм = f(Θ); 2) наибольшую точность расчетов от 2,75 до 15 % обеспечивает формула зависимости Ксм = f(Θ); 3) зависимость Ксм = f(Θ) предлагается использовать для методики ускоренной оценки смазочных свойств СОЖ при трении колодки из сплава Т15К6 и вращающегося ролика из стали 45. Предложенная методика заключается в проведении измерений краевого угла смачивания капли СОЖ на поверхности заготовки и расчете по выведенной эмпирической зависимости коэффициента эффективности СОЖ по смазочному действию.
Кисель Антон Геннадьевич
Чуранкин Вячеслав Геннадьевич
1. Quantitative analysis of cooling and lubricating effects of graphene oxide nanofluids in machining titanium alloy Ti6Al4V / G. Li, S. Yi, N. Li, W. Pan, C. Wen, S. Ding // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – Vol. 271. – P. 584–598. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2019.04.035.
2. Joseph Babu K., Prabhakaran Nair K., Joy M.L. Development of cutting fluid from transesterified coconut oil and evaluation of its tribological properties // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. – 2019. – Vol. 233 (3). – P. 369–379. – DOI: 10.1177/1350650118785467
3. Synergism of TiO2 and graphene as nano-additives in bio-based cutting fluid – An experimental investigation / R. Anand, A. Raina, M. Irfan Ul Haq, M.J. Mir, O. Gulzar, M.F. Wani // Tribology Transactions. – 2021. – Vol. 64 (2). – P. 350–366. – DOI: 10.1080/10402004.2020.1842953
4. Investigation of the influence of MWCNTs mixed nanofluid on the machinability characteristics of PH 13-8 Mo stainless steel / O. Öndin, T. K?vak, M. Sar?kaya, Ç.V. Y?ld?r?m // Tribology International. – 2020. – Vol. 148. – P. 106323. – DOI: 10.1016/j.triboint.2020.106323
5. Investigation of the role of tribolayer formation in improving drilling performance of Ti-6Al-4V using minimum quantity of lubrication / S. Bhowmick, B. Eskandari, M.Z.U. Khan, A.T. Alpas // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. – 2021. – Vol. 235 (2). – P. 396–409. – DOI: 10.1177/1350650120933420.
6. Synthesis and tribological characteristics of a nano CuO particle-filled water-based lubricants / T. Rajmohan, D. Hemanth Kumar, R. Nivithetha, Elamburthi, V.V. Kalyan Chakravarthy // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 954. – P. 012045. – DOI: 10.1088/1757-899X/954/1/012045.
7. Kumar Rakesh G., Suresh Kumar Reddy N. Tribological studies of EN31 steel and Ti-6Al-4V alloy materials using pin-on-disc tribometer // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 28 (2). – P. 1216–1220. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.01.509.
8. Ionic liquids as additives to cutting fluids to reduce machine tool friction and wear / C. Ferri, M. Troise, S. Lizarazo, P. Iglesias // ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition: Proceedings (IMECE). – 2018. – Vol. 12. – P. V012T11A046. – DOI: 10.1115/IMECE2018-86810
9. Experimental investigations to enhance the tribological performance of engine oil by using nano-boric acid and functionalized multiwalled carbon nanotubes: A comparative study to assess wear in bronze alloy / B.S. Ajay Vardhaman, M. Amarnath, J. Ramkumar, P.K. Rai // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2018. – Vol. 27 (6). – P. 2782–2795. – DOI: 10.1007/s11665-018-3384-9.
10. The tribological properties of titanium carbonitride TiCN coating lubricated with non-toxic cutting fluid / M. Madej, J. Kowalczyk, D. Ozimina, K. Milewski // Materials Research Proceedings. – 2018. – Vol. 5. – P. 47–53. – DOI: 10.21741/9781945291814-9.
11. Wu Z., Li S., Zhou F. Electrochemical and tribological properties of TiSiCN coatings in coolant // Materials Science-Medziagotyra. – 2019. – Vol. 25 (2), pp. 159–165. – DOI: 10.5755/j01.ms.25.2.19252
12. Electrochemical and tribological properties of CrAlN, TiAlN, and CrTiN coatings in water-based cutting fluid / Z. Wu, Z. Cheng, H. Zhang, Z. Xu, Y. Wang, F. Zhou // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2020. – Vol. 29 (4), pp. 2153–2163. – DOI: 10.1007/s11665-020-04772-3
13. Development of a tribotester for investigation of ferrofluids lubrication performance on the thrust pad bearing / M. Chhattal, L. Tonggang, Y. Kun, L.Ü. Xin, L. Guangsheng // Tribology Transactions. – 2020. – Vol. 63 (6). – P. 1095–1102. – DOI: 10.1080/10402004.2020.1794092
14. Investigation of the tribological performance of ionic liquids in non-conformal EHL contacts under electric field activation / M. Michalec, P. Svoboda, I. Krupka, M. Hartl, A. Vencl //2020. – Vol. 5). – P. 982–994. – DOI: 10.1007/s40544-019-0342-y.
15. Preliminary investigations on the tribological performance of hexagonal boron nitride nanofluids as lubricant for steel/steel friction pairs / J. He, J. Sun, Y. Meng, X. Yan //1). – P. 015022. – DOI: 10.1088/2051-672X/ab0afb.
16. Zhao C., Chen Y.K., Ren G. A study of tribological properties of water-based ceria nanofluids //2017. – Vol. (3). – P. 56–66.
17. A comprehensive review on minimum quantity lubrication (MQL) in machining processes using nano-cutting fluids / Z. Said, M. Gupta, H. Hegab, N. Arora, A.M. Khan, M. Jamil, E. Bellos // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 105 (5–6). – P. 2057–2086. – DOI: 10.1007/s00170-019-04382-x.
18. Investigation on the effects of nanoparticles on cutting fluid properties and tribological characteristics / N. Madanchi, S. Zellmer, M. Winter, F. Flach, G. Garnweitner, C. Herrmann //. – 2019. – Vol. 6 (3). – P. 433–447. – DOI: 10.1007/s40684-019-00053-0.
19. Cetin M.H., Korkmaz S. Investigation of the concentration rate and aggregation behaviour of nano-silver added colloidal suspensions on wear behaviour of metallic materials by using ANOVA method //2020. – Vol. .
20. Tribological investigation of r-GO additived biodegradable cashew nut shells liquid as an alternative industry lubricant / S. Bhaumik, V. Paleu, R. Pathak, R. Maggirwar, J.K. Katiyar, A.K. Sharma //2019. – Vol. . – P. 500–509. – DOI: 10.1016/j.triboint.2019.03.007.
21. Influence of C content on the structure, mechanical and tribological properties of CrAlCN films in air and water-based cutting fluid / M. Zhang, F. Zhou, H. Fang, Z. Wu //2020. – Vol. (8). – DOI: 10.1007/s00339-020-03782-1.
22. Ozimina D., Madej M., Kowalczyk J. Determining the tribological properties of diamond-like carbon coatings lubricated with biodegradable cutting fluids // 2017. – Vol. 4). – P. 2065–2072. – DOI: 10.1515/amm-2017-0306.
23. Tribological properties of cutting fluid sterilized by atmospheric-pressure plasma treatment / J. Miyamoto, M. Kodama, S. Kawada, R. Tsuboi //– 2018. – Vol. 5). – P. 248–253. – DOI: 10.2474/trol.13.248.
24. Panneer R., Panneerselvam T. Experimental investigation on the effect of ionic liquids (C16H36BrP and C16H36BrN) on the tribological performance of neem oil // International Journal of Surface Science and Engineering. – 2020. – Vol. 14 (1). – P. 16–33. – DOI: 10.1504/ijsurfse.2020.105877.
Благодарности
Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034).
Кисель А.Г., Чуранкин В.Г. Прогнозирование смазочных свойств СОЖ по их плотности и смачивающему действию // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 2. – С. 6–16. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.2-6-16.
Kisel’ A.G., Churankin V.G. Predicting the coolant lubricating properties based on its density and wetting effect. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2023, vol. 25, no. 2, pp. 6–16. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.2-6-16. (In Russian).
