Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 11
1.1. Современное состояние и пути совершенствования мехапическон обработки стекла
1.1.1. Стекло, как конструкционный материал 11
1.1.2. Особенности технологического процесса 13
1.1.3. Пути совершенствования технологии 28
1.2. СОТС для обработки стекла 34
1.2.1. Механизмы действия СОТС 34
1.2.2. Составы используемых СОТС 48
1.2.3. Методы активации СОТС 56
1.3. Выводы п постановка задачи исследования 62
ГЛАВА 2. Трибометрический стенд для исследования смазочной способности СОТС /U
2Л. Трибометрический стенд 70
2.1.1. Конструкция стенда 70
2.1.2. Конструкция ячейки 71
2.1.3. Устройство и принцип работы силонзмерителя 72
2.1.4. Контроль подачи инструмента 75
2.2. Методика исследований смазочного действнп СОТС 76
2.2.1. Определение момента и работы резания 76
2.2.2. Обрабатываемый материал 78
2.2.3. Обрабатывающий инструмент 78
2.2.4. Режим сверления 82
2.2.5. Тестирование смазочной способности СОТС 83
2.3. Выводы по главе 2 84
ГЛАВА 3. Электрохимическая активация смазочной способности электролитов
3.1. Аппаратура и методики исследований 97
3.2. Влияние режима активации 101
3.3. Влияние концентрации и состава электролита 104
3.4. Исследование качества поверхности 106
3.5. Выводы к главе 3 108
ГЛАВА 4. Электрохимическая активация сотс сложного состава
4.1. Аппаратура и методики исследований 121
4.2. Оптимизация состава СОТС и режимов активации 124
4.3. Изучение качества обработанной поверхности 126
4.4. Испытания технологической эффективности 127
4.5. Выводы к главе 4 128
Основные выводы по работе 139
Список использованной литературы
- Стекло, как конструкционный материал
- Устройство и принцип работы силонзмерителя
- Влияние режима активации
- Оптимизация состава СОТС и режимов активации
Введение к работе
Хрупкие неметаллические материалы на основе стекла в силу своих уникальных прочностных и эксплуатационных характеристик в последнее время стали незаменимы для применения в условиях агрессивных сред океана и космоса, в самолето- и ракетостроении. Жесткие условия эксплуатации предъявляют повышенные требования к качеству формируемой поверхности при механообработке.
Основной путь повышения качества механической обработки стекла -снижение силовой нагрузки на зону резания. Уменьшение величины напряжений в зоне возможно с помощью использования смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), содержащим в своем составе химические инактивные присадки, обладающие пластифицирующим и диспергирующим действием, например, поверхностно-активных веществ (ПАВ). СОТС с присадками ПАВ являются на сегодняшний день наиболее эффективными составами для обработки стекла.
Возможности снижения сил резания за счет использования поверхностно-активных веществ ограничены. Дополнительным методом повышения эффективности обработки могла бы стать активация среды электрохимическими методами. В настоящее время данные способы улучшения процессов механической обработки материалов активно развиваются для металлообработки. В тоже время применительно к хрупким неорганическим материалам - стеклу, керамике они остаются малоисследованными.
Настоящая диссертация посвящена разработке и исследованию технологических возможностей метода электрохимической активации СОТС на операции сверления стекла. Работа выполнена в рамках тематического плана научно-исследовательских работ Ивановского государственного университета.
Целью работы являлось уменьшение силовой нагрузки в зоне сверления и повышение качества обработанной поверхности за счет применения электрохимической активации СОТС. Объект исследования был процесс сверления отверстий в стекле в электрохимически активированной внешней среде.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Предложена концепция электрохимической активации технологической среды при сверлении отверстий в стекле, которая заключается в том, что СОТС следует активировать не в зоне резания а путем предварительной активации за счет пропускания электрического тока определенной полярности и силы через раствор, содержащий присадки неорганических солей.
Обнаружен значительный смазочный эффект при сверлении стекла в случае, когда в зону резания подается СОТС, которая в результате активации в значительной степени насыщена положительными ионами.
Установлен универсальный характер технологической эффективности действия электроактивированной СОТС. Он проявляется и при введении в СОТС различных присадок ПАВ и сверлении других стеклосодержа-щих материалов.
Практическая ценность работы заключается в том, что:
Разработан трибометрический стенд для изучения действия электроактивированной СОТС на процессы сверления стекла. Стенд позволяет проводить исследования на образцах стекла произвольной геометрии, использовать небольшое количество СОТС и осуществлять ее активацию, контролировать свойства инструмента.
Разработана методика проведения активации и изучения смазочного действия СОТС при сверлении стекла алмазным инструментом.
Даны практические рекомендации по созданию и выбору составов СОТС и режимов активации, способствующих значительному (до 50 %) сни-
жения сил резания и улучшению качества (до 30 %) обработанной поверхности на операции сверления стекла.
Результаты работы переданы в виде рекомендаций иа предприятие ЗАО Приволжский ювелирный завод "Красная Пресня", г. Приволжск Ивановской области
Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на V Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (Орел, 2004), Международной научно технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии (XII Бенардосовские чтения)» (Иваново, 2005), XII Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь, 2005); межвузовском семинаре «Физика, химия и механика трибосистем» (Иваново, 2003, 2004 и 2005), внутриву-зовской научной конференции «Молодая наука в классическом униоеренте-тете» (Иваново, 2002, 2004, 2005).
Основные теоретические положения и результаты исследований опубликованы в трёх статьях, четырех тезисах докладов:
Грошсв В.М., Суханов Р.С, Упрочнение дисковых фрез импульсной лазерной обработкой // Молодая наука в классическом ун-те. Тез. докл. научи, конф. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2002. Ч.З. С. 65.
Грошев В.М., Латышев В.Н., Носиков В.В., Пискарев П.В. Влияние смазочных композиций сульфидных ПАВ и спиртов на микротвердость и хрупкость стекла// Физика, химия и механика трибосистем. Вып. 2. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2003.С.58-63.
Грошев В.М., Михайлов М.А. Трибометрический стенд для обработки стекла в среде СОТС// Молодая наука в классическом ун-те. Тез. докл. научи, конф. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2004. Ч.І. С. 86.
Грошев В.М., Латышев В.И,, Новиков В.В., Пискарев П.В. Исследование влияния синтетических СОТС на качество абразивной обработки
стекла // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Мат-лы V Междунар.науч.тсхн. интернет конф.Орел, 2004.С.46-50.
Грошев В.М, Влияние электрохимической активации СОТС на обработку стекла алмазным инструментом // Молодая наука в классическом унте. Тез. докл. научи, конф. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2005. 4.1. С. 75.
Грошев В.М., Латышев В.Н., Шварев Е.А. Электрохимическая активация СОТС для обработки стекла // Тез. докл. Междулар. науч.-техн, конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии (XII Бенардосовские чтения)». Иваново, 2005. С. 252.
Грошев В.М., Латышев В.Н., Новиков В.В., Пискарев П.В. Субмик-рошероховатость поверхности как показатель эффективности охлаждающих сред при абразивной обработке стекла // Материалы XII Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI пека», г. Севастополь, 12-17 сентября 2005. С.45-49.
Работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения.
Во пведении обоснована актуальность проблемы, обозначена цель исследования, определены методические и теоретические основы работы, изложена научная новизна и практическая ценность.
В первой главе содержится аналитический обзор научно-технической литературы, касающейся структуры и методов обработки стекла, механизма действия внешних сред при алмазно-абразивной обработке хрупких материалов и конкретизированы задачи исследования.
Вторая глава посвящена разработке трибометрического стенда для изучения процесса алмазного сверления стекла, изучению основных закономерностей процесса и отработке методики определения эффективности процесса.
Третья глава посвящена исследованию влияния электрохимической активации СОТС на эффективность сверления, на технологические показате-
ли процесса сверления стекла, качество и физическое состояние поверхности стекла. Сопоставление смазочного действия активированной СОТС и шероховатости образующейся поверхности.
В четвертой главе рассматриваются вопросы влияния активированных СОТС с присадками различных ПАВ при сверлении стекла и других стеклоподобных материалов. А также сравнительным испытаниям эффективности СОТС предлагаемого состава с эталонным.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю член-корр. Академии технологических наук РФ, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, Д.Т.Н., профессору В.Н. Латышеву; преподавателям и сотрудникам кафедры экспериментальной и технической физики ИвГУ д.т.н. А.Г. Наумову, инж. А.Н. Прибылову, СЕ, Невской, И.В. Муравьевой.
За помощь при выполнении экспериментальных и теоретических исследований и оказание ценных научных консультаций автор выражает особую благодарность начальнику научного учреждения ИвГУ к.т.н., доц. В.В. Новикову, в соавторстве с которым сделана большая часть работы и опубликованы ее результаты.
Стекло, как конструкционный материал
Механическая обработка стекла — процесс, при котором обрабатываемое стекло приобретает требуемую форму. Она основана на механическом разрушении поверхностного слоя стекла под воздействием абразивных зерен и его удалении из зоны обработки.
В разное время данной проблемой занимались российские и зарубежные ученые: Ардамацкий А.Л [8]., Альтах О.Л [4]., Ваксер Д.Б, [18]., Грабченко А.И. [24]., Гребенщиков И.В.[25]., Гетц И. [22]., Качалов Н.Н. [45]., Мас-ловЕ.Н. [74]., Рогов В.В.[90]., Хрульков В.А. [99,100]., Худобин Л.В. [101-103]., Щукин Е.Д., [107,108]., Эфрос М.Г. [ПО] и др., которые внесли значительный вклад в решение задачи повышения качества и эффективности обработки хрупких неметаллических материалов, в том числе стекла и стеклома тсриалов. Ниже приводится краткий обзор основных результатов исследований этих исследований.
Элементарные процессы в контактной зоне. Согласно современным представлениям, имеет место несколько механизмов разрушения стекла при механической обработке. В работе [22] данные процессы рассматриваются в виде элементарных моделей статического и динамического воздействия на поверхность стекла абразивных зерен.
Первым элементарным процессом является статическое воздействие нагруженного твердого шарика на полированную поверхность стекла. При этом на стекле образуется кольцевая, конически расширяющаяся трещина, направленная в глубь стекла. При увеличении давления образуется контактный кружок, и стекло вблизи контактной зоны ломается, когда это давление достигает определенной величины.
Несколько иначе действует нагруженный шарик, если он скользит по поверхности стекла. Это движение осуществляется, например, иглой, острие которой имеет небольшой радиус и образует полушарие. Если давление на шарик достаточно велико, в стекле образуется ряд дугообразно изогнутых трещин в форме неправильных гиперболических поверхностей, проникающих в глубь стекла. Эти цепные трещины часто сопровождаются каскадными трещинами, расположенными по обе стороны цепных. Иногда каскадные трещины вовсе не образуются или образуются без средних цепных трещин. Полукружия цепочки обращены вогнутой стороной к направлению движения. Ширина царапины, наносимой нагруженным шариком, не может быть меньше определенного критического предела; практически он равен диаметру начального круга трещинки при спокойной нагрузке неподвижного шарика. При повышении давления на шарик ширина царапины увеличивается совсем незначительно, гораздо больше меняется общий вид царапины. У нижней критической границы давления взаимное расстояние между отдельными дугами цепи уменьшается и каскадные трещины принимают изогнутую фор му. Отношение ширины царапин к глубине цепных трещин у нижней критической границы нагрузки шарика приблизительно равно 6. При уменьшении давления это соотношение может увеличиться до 13, однако при еще большей нагрузке шарика стекло начинает расщепляться и ломаться, а типичная форма трещины вовсе исчезает.
Совершенно иной характер имеет возникающая трещина при прокатывании нагруженного шарика по полированной поверхности стекла. Здесь также образуется ряд цепных трещин, однако дуги цепи расположены вогнутой стороной против направления движения шарика. Если давление значительно выше критического, образуются продольные трещины, которые проникают в стекло вертикально. Каскадные трещины менее развиты, обычно их можно увидеть только после протравки поверхности.
Еще один тип элементарного процесса, протекающего при шлифовке стекла, можно представить себе в виде разреза стекла алмазным острием. По пути резания под поверхностью стекла образуется трещина, направленная вглубь; она снижает прочность стекла и позволяет сломать его по линии надреза.
Все эти элементарные процессы имеют место при шлифовке стекла свободными абразивными зернами. Из бесчисленного количества зерен, двигающихся по поверхности стекла, некоторая часть откатывается, иные задерживаются на нижней поверхности шлифовалышка, другие, раздвигая скопления соседних зерен, скользят по поверхности. Острые зерна разрезают стекло подобно алмазному острию, полукруглые частицы действуют как металлические шарики. Это кинетическое и статическое воздействие шлифовальных зерен протекает одновременно во всех ОСЕЮВНЫХ формах и создает в месте шлифовки систему поверхностных и подповерхностных повреждений, нарушающих целостность стекла.
Устройство и принцип работы силонзмерителя
Для исследования крутящего момента нами был сконструирован специальный динамометр, принципиальная схема которого представлена па (рис. 2.5). Рабочий столик динамометра / закрепляется на валу 2 , установленному на подшипниках в корпусе устройства. Свободному вращению столика препятствует два упругих элемента - стальных пружины, возвращающие его в слуше поворота в первоначальное положение.
На столик / помещается ячейка с закрепленным о ней стеклом и налитым в нее раствором исследуемого СОТС, В момент сверления стекла возникает крутящий момент, который заставляет поворачиваться столик с ванной на некоторый угол. Величина угла поворота 9 определяется равновесием крутящего момента резания Мре3 и возвращающего момента упругих элементов: Mp„ = f(0). (2.1.)
Знание зависимости (2.1) дает возможность определять Мрез по измерению угла поворота. Обычно для подобных устройств при малых смещениях Мрсї пропорционален углу.
Датчик линейных перемещений. Для измерения угла поворота в установке был применен датчик линейных перемещений (ДЛП), работающий по принципу дифференциального трансформатора.
Среди большого многообразия конструктивных модификаций датчиков линейных перемещений (ДЛП) с улучшенными эксплуатационными и метрологическими параметрами, широкими функциональными возможностями выделяются ДЛП на основе распределенных магнитных систем. Наибольшее распространение среди данного класса ДЛП получили дифференциальные датчики трансформаторного типа. Эти схемы обладают рядом преимуществ, главные из которых — линейность выходного сигнала, повышенная чувствительность по напряжению и сниженной температурной погрешности. Осо бснностыо работы датчика является то, что при малых смещениях AN Ах, а при значительных перемещениях из-за конечности размеров катушки возбуждения он выходит на насыщение. Согласно литературным данным пропорциональность датчика сохраняется в случае, если величина смещения не превышает 10 % от длины катушки возбуждения.
На основании общих представлений нами был сконструирован ДЛП, представленный на рис.2.6. Датчик состоит из катушки возбуждения /, намотанный на сердечник из магнитомягкого материала - феррита марки 600 НН и двух измерительных катушек 3, намотанных коаксиалыю возбуждающей катушке. Параметры элементов ДЛП следующие. Длина катушки возбуждения 60 мм, диаметр - б мм, число витков медного провода толщиной 150 мкм - 400, индуктивность катушки - 0,06 Гн. Длина измерительных катушек - 30 мм, диаметр - 10 мм, число витков - 2000, индуктивность - 1,2 Гн. Значительное число витков в измерительных катушках обеспечивало высокий коэффициент трансформации и напряжение выходного сигнала.
Схема включения датчика в измерительную цепь показана на рис.2.7. Обмотка возбуждения подключаются к генератору низкой частоты ГЗ-112/1. Генератор позволял возбуждать датчик синусоидальным полем в диапазоне частот 100... 10000 Гц с амплитудой сигнала до 9 вольт. Для контроля формы и частоты входного сигнала в цепь питания дополнительно подключается осцилограф СІ- 114/1 и частотомер Ф 5041, обеспечивающего требуемую точность контроля частоты генерации - 1 Гц.
Сигнал с выхода обмотки измерительных катушек поступает на диодный мост выполненный на импульсных диодах КД 522. После выпрямления сигнал фильтруется с помощью RC-цепочки, переменным резистором сопротивлением 23 кОм и конденсатором емкостью 47 мкф. Напряжение выходного сигнала с датчика снимается с клеммы переменного резистора и регистрируется вольтметром В7-27. Для записи временной зависимости выходного сигнала предусмотрено подключение его к графопостроителю Н306.
Разработанный ДЛП был интегрирован в систему силонзмерителя (рис.2.5). Поворотный ролик 4 связан с ДЛП 9 через тросик, закрепленный на сердечнике возбуждающей катушки. При повороте ролика катушка возбуждения перемещается относительно измерительных катушек, В результате этого на выходе ДЛП появляется изменяющийся сигнал, который фиксируется графопостроителем и вольтметром.
Тарировка силонзмерителя. Далее нами были исследованы выходные характеристики силонзмерителя — зависимости величины выходного сигнала от частоты генератора и крутящего момента на поворотном столике динамометра. На этапе отладки было установлена оптимальная частота возбуждения катушки в 20 кГц. На данной частоте достигается устойчивая работа, исключаются резонансные возбуждения электрических цепей датчика.
Тарировочный график зависимости выходного напряжения от момента на поворотном столике представлен на (рис 2,8). НелинеГшость показаний, возникающая в области больших крутящих моментов, связана с концом линейной области упругости возвращающих пружин поворотного столика. Из графика видно, что в диапазоне моментов 0...0,5 Н/м зависимость линейна. Обычно момент резания не превышал указанный диапазон, поэтому можно говорить о линейности динамометра в области измеряемых моментов.
Силу врезания при сверлении создавали при помощи груза (гравитационная подача). Для этого использовался набор грузов, массой 100...2500 г. Зависимость величины осевого усилия от массы груза измерялась пружинным динамометром. График тарировки прижимной силы от массы груза приведена в Приложении (рисі. Приложение.).
Для контроля подачи инструмента был сконструирован специальный датчик вертикальных перемещении шпинделя. Датчик был собран по такой же схеме, что и ДЛП динамометра, измеряющего крутящий момент. Параметры элементов этого ДЛП следующие. Длина катушки возбуждения 60 лш, диаметр - блш, число витков медного провода толщиной 150 мкм - 400, индуктивность катушки, рассчитанная по формуле (2.6) - 0,06 Га. Длина измерительных катушек - 30 лш, диаметр - 10 лш, число витков - 1000, индуктивность - 0,6 Гн.
Влияние режима активации
На первом этапе нами были проведены исследования влияния режима активации СОТС на ее смазочные способности. Необходимо было выявить основные закономерности поведения системы резания от длительности активации и тока в электролите.
В качестве пробного электролита использовался раствор поваренной соли в дистиллированной воде концентрацией 1,5 масс. %. Поваренная соль NaCl относится к сильным электролитам с высокой степенью диссоциации в воде.
Для питания ячейки использовался источник питания постоянного тока Б5-47. Он позволял проводить активацию при различных напряжениях в диапазоне 0,1...29,9 В. Особенностью источника питания являлось ограничение по выходному току. Ток не мог превышать определенное значение. Пределы установки выходного тока - 0,01. ..2,99 А.
Особенностью работы прибора являлось его активность по отношению к выдаваемым характеристикам питания. При работе в режиме стабилизации напряжения прибор подает требуемое напряжение, однако при превышении током нагрузки установленного значения прибор автоматически переходил на режим стабилизации по току.
Была проведена серия экспериментов по исследованию влияния напряжения на ток активации в течении времени. Опыт проводился при пяти значениях исходного напряжения 4, 8, 12,16 и 20 В, а также двух значениях выходного тока 1 и 2 А. Результаты представлены на рис. 3.1.
Установлено, что характер поведения кривых при различной полярности активации практически одинаков. На режимах, когда ток активации не превышал установленного максимального значения с течением времени происходит уменьшение тока активации и выход его на стабильные значения в течении 3...5 минут. Данное явление связано с разделением зарядов в рас творе электролита, в результате которого возникает обратный ток, частично компенсирующий ток активации. График зависимости тока стабилизации от выходного напряжения представлен на рис.3.2 .
При значениях тока свыше 1.5 А начинает наблюдаться заметное газовыделение в ячейке, что связано с процессами электролиза воды. Данное явление нежелательно, поскольку в процессе образуется гремучий газ - взрывоопасная воздушная смесь продуктов электролиза воды (водорода и кислорода). Поэтому в дальнейших исследованиях мы ограничивали ток активации значениями в 1 А и работали в режиме стабилизации тока.
Важно было выявить оптимальный временной режим активации дающий положительный эффект на снижение силовой нагрузки в зоне резания. Данные изменения тока со временем показывают, что для создания стабильных условий по концентрации активных ионов в зоне резания необходимо проводить активации некоторое время — 3..,5 минут.
На рис. 3.3. приведены зависимости момента резания от длительности активации при значениях тока в 1 А. Установлено, что с увеличением времени предварительной активации раствора силы резания уменьшаются. Особенно резкое снижение наблюдается при увеличении длительности активации до 5 минут. При более длительной активации значения сил резания практически не изменяются. Очевидно, что период в 5 минут - это время возникновения в ячейки стабильного активированного состояния с равновесным разделением ионов электролита, при котором зона резания «обогащена» ионами того или иного знака в зависимости от полярности активации.
Важную роль при снижении момента резания играет ток активации. С увеличением тока силы резания падают (рис. 3.4). Однако, как мы отмечали, повышения тока активации выше 1 А приводило к заметному газовыделению на электродах за счет электролиза воды, что является нежелательным.
Установлено, что решающую роль в снижении сил резания играет полярность активации. Особенно велик эффект снижения сил резания при от рицательнои активации, когда зона резания обогащается положительными ионами (рис. 3.4).
Полученные результаты можно объяснить с позиций физики и химии ионных процессов. Состав стекла соответствует принципу схемы па рис. 3.5. Видно расположение кремниевого оксида в случайном порядке, при котором, атомы кальция и натрия находятся отдельно в связующей конструкции, которую формируют атомы кислорода и кремния. При резании в воде поверхность стекла обедняется ионами металлов, растворенных в кремнеземном каркасе. В результате такого растворения на поверхности стекла образуется твердый поверхностный слой, затрудняющий процесс резания. При отрицательной поляризации рабочая зона обогащается положительными ионами металла (рис. 3.6). Присутствие этих ионов в растворе замедляют процессы растворения в воде ионов металлов, находящихся в самом стекле, чем предотвращается явление упрочнения поверхности стекла.
Оптимизация состава СОТС и режимов активации
Прежде всего, нами были проведены исследования для определения влияния концентрацию ПАВ в смазочные свойства раствора. Результаты представлены на рис. 4.2. Видно, что с ростом поверхностной активности происходит силовой нагрузки в зоне резания. При этом препарат ДНС-А является более эффективной присадкой, чем лаурилсульфат. Однако, при концентрациях свыше 0.2 масс. %, т.е. близкой ККМ дальнейшее увеличение концентрации практически не изменяет крутящий момент сверления. Предельный эффект снижения сил — 25...30 % отрезания в воде.
На рис. 4.3 представлены аналогичные кривые для ССТС содержащих присадки исследуемых ПАВ с добавлением 1.5 масс. % поваренной соли в активированном и неактивнровашюм состоянии. Добавление NaCl в раствор СОТС практически не изменяет характер кривых, приводя к незначительному снижению сил резания не более чем на 5 %. Активация приводит к существенному снижению сил резания. Максимальное снижение сил резания до 55...60 % происходит для растворов с концентрацией ПАВ - 0,2 масс. %, Дальнейшее повышение концентрации приводит к незначительному ухудшению смазочной способности СОТС. Это, очевидно, связано с увеличением вязкости свойств раствора, ухудшением его проникающей способности.
В связи с изменением реологии раствора и его химического состава интересным было исследовать влияние времени его активации. Однако, как показали эксперименты с СОТС (рис. 4.4), прибавление к растворам электролита поверхностно-активного вещества практически не изменило время достаточной активации раствора, которую мы определили в главе 3. Она также составляет примерно 5 минут. Данные опытов свидетельствует об относительно независимых взаимодополняющих механизмах действия растворенных ионов соли и ПАВ.
Как показали исследования, химический состав присадок соли существенно влияет на смазочную способность активированной СОТС (рис. 4.5). Исследования показали, что для СОТС на основе присадки ДНС-А наибольший смазочный эффект достигается при применении присадок сульфата калия. Силы резания при этом снижаются на 60 % по сравнению с резанием в воде, т.е. более чем в два раза.
СОТС с присадками л аур ил сульфата менее чувствительна к химическому составу соли (рис. 4.5, б). Эффективными являются присадки сульфатов, карбонатов и нитратов. Соли калия оказываются, как правило, более эффективны, чем соли натрия, что очевидно связано с большей химической активностью ионов калия.
Сводная диаграмма изменения крутящего момента для различных электролитов показана на рис. 4.6. Видно, что присутствие присадок ПАВ во многом сглаживает эффект влияния на момент резания различий химического состава присадок соли. Для всех солей разброс показаний относительного крутящего момента составлял не более 15 % и находился в диапазоне 0.45...0.6 %. Наилучшей смазочной способностью обладают активированные СОТС сложного состава с присадками ПАВ (0,2 масс. %) и неорганических солей (1.5 масс. % ) — сульфата и нитрата калия, хлорида кальция.
Изучение шероховатости поверхности стекла после сверления с использованием СОТС сложного состава проводились по принятым и отработанным нами методикам (см. главу 3 раздел 4). Результаты измерений параметров профилограмм для различных электролитов с присадками ПАВ представлены в табл. 4.1 и 4.2. Во всех исследуемых составах СОТС концентрация присадок соответствовала условиям оптимального резания, т.е. концентрация соли составляла 1.5 масс. %., ПАВ — 0.2 масс. %. Активация осуществлялась в отрицательном направлении при токе активации 1 Л, времени активации 5 мин.
Анализ полученных результатов (рис. 4.7) показал, что качество поверхности зависит от химического состава присадок соли. При этом для СОТС, эффективно снижающих силы резания, как правило, микрорельеф поверхности, напротив, более выражен. Очевидно, на рельеф оказывает влияние эффект поверхностной активности присадок ПАВ, в результате которого среда боле глубоко проникает в систему поверхностных микротрещин, что приводит к появлению рельефа с более крупными выколамн, чем при резании без ПАВ.
На рис. 4.8 приведены профилограммы поверхности стекла после сверления с использованием СОТС сложного состава. Видно, что после резания в неактивированной СОТС микрорельеф поверхности больше выражен, чем у активированной.
Таким образом, очевидно, что электрохимическая активация и в случае использования СОТС с присадками ПАВ приводит к улучшению поверхностного микрорельефа по сравнению с нсактнвированной СОТС. Эффект снижения шероховатости, оцененный по Ra, составляет примерно 20 %,
В результате исследований при резании строительного стекла было установлено, что электрохимическая активация СОТС сложного состава с присадками ПАВ и неорганических солей положительно сказывается на пара-метры процесса сверления и качество получаемой поверхности. Было важным проверить ее эффективность при сверлении других стеклоподобных материалов.
Для тестирования эффективности смазочного действия активированной СОТС был использован водный раствор КС1 (1.5 масс %) с присадкой препарата ДНС-А (0,2 масс %). Ток активации составлял 1 А, время — 5 мин. В качестве эталонной СОТС был выбран 1 % водный раствор готового моющего средства «Пемос» (ГОСТ 25644-96 ТУ 2381-004-04643756-96).
Для испытаний нами были использованы пять различных материалов по твердости и обрабатываемости материалов, а именно: 1 - стекло М8, 2 - по ликорундовая керамика ВК100-1, 3 — электрофарфор, 4 - половая плитка, 5 - природный камень, 6 - триплекс.
Результаты испытаний приведены на рис.4.9 и 4,10. Сравнение смазочной способности СОТС показало, что эффективность предлагаемого состава во всех случаях оказалась выше, чем эталонного на 10...15 %. Наибольший эффект наблюдается при сверлении стекла, триплекса, электрофарфора, поскольку данные материалы содержат большое количество стеклоподобного вещества. Показатели шероховатости поверхности уменьшаются в среднем 10%.
