Підвищення надійності і стійкості швидкорізального інструменту шляхом використання іонізованих повітряно-оливних змащувальних середовищ при відновленні деталей машин

Abstract

У роботі виконано комплексний аналіз процесів зношування швидкорізального інструменту та шляхів підвищення його працездатності під час механічної обробки. Проведено аналітичний огляд наукових джерел щодо сучасних методів подачі змащувально-охолоджувальних технологічних середовищ (ЗОТС), включаючи активацію повітряних та повітряно-оливних потоків і їхній вплив на процеси тертя та різання. Особливу увагу приділено мікродозованій подачі індустріальної оливи Mobil DTE 22 у вигляді розпилених повітряно-оливних сумішей, активованих електричним полем коронного розряду. Розроблено та досліджено сопловий пристрій для дозованої подачі в’язких рідин з подальшою активацією повітряного потоку, що забезпечує зниження робочого тиску та підвищення безпечності експлуатації. Створено та використано трибометричний стенд для вивчення змащувальної здатності активованих ЗОТС і визначення коефіцієнтів тертя різних матеріалів. Встановлено, що іонізоване повітряно-оливне середовище істотно знижує момент тертя, стабілізує контактну взаємодію та зменшує шорсткість поверхні. Експериментальні дослідження процесу різання показали значне підвищення стійкості різців із швидкорізальної сталі при використанні іонізованого повітряно-оливного потоку: до трьох разів порівняно з різанням «насухо» та до 2,5 раза – порівняно з вільним поливом оливи. Застосування функції бажаності дало змогу виконати комплексну оцінку ефективності різних варіантів ЗОТС, що показало підвищення ефективності обробки до 40%.

A comprehensive analysis of the wear processes of high-speed cutting tools and methods of improving their performance during machining has been carried out in this work. An analytical review of scientific sources on modern methods of supplying lubricating and cooling technological means (LCTM) was performed, including the activation of air and air–oil flows and their influence on friction and cutting processes. Special attention is given to the micro-dosed supply of industrial oil Mobil DTE 22 in the form of sprayed air–oil mixtures activated by the electric field of a corona discharge. A nozzle device for the metered supply of viscous fluids with subsequent activation of the air stream has been developed and investigated, ensuring reduced operating pressure and improved operational safety. A tribometric test stand was designed and used to study the lubricating ability of activated LCTM and to determine the friction coefficients of various materials. It was established that ionized air–oil media significantly reduce friction torque, stabilize contact interaction, and decrease surface roughness. Experimental studies of the cutting process demonstrated a substantial increase in the tool life of high-speed steel cutters when using ionized air–oil flow: up to three times compared with dry cutting and up to 2.5 times compared with free oil flooding. The application of the desirability function enabled a comprehensive evaluation of the effectiveness of different LCTM options, showing an increase in machining efficiency of up to 40%.