В 1938 году в Германии ученые Шальброх, Шауман и Валлихс испытывали обрабатываемость металла, измеряя температуру резания и износ инструмента. В результате они вывели эмпирическое соотношение между стойкостью и температурой резания. В этот же период в США ученые Эрнст, Шоу и Мэтчент также изучали механизмы процесса резания. Эрнст изучал физику резания металла и установил, что шероховатая и рваная поверхность возникает из-за налипания стружки на инструменте. Применение смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) снижает трение стружки и уменьшает или устраняет нарост на режущей кромке. Это подтверждало выводы других ученых о том, что в процессе обработки главное, на что нужно обращать внимание, это нарост или налипание на кромке. Были проведены многочисленные исследования инженеров и ученых, но именно исследователи, работающие на одного из самых крупных производителей станков в США, сделали самые важные открытия в этой области.
Эрнст и Мэтчент, стремясь количественно определить силы трения, действующие при резке металла, вывели уравнение для вычисления значений статического напряжения сдвига. Мэтчент, в другом исследовании, смог измерить температуру в зоне взаимодействия инструмента и стружки. Он установил, что в этой зоне тепло выделяется двумя источниками: это энергия, затрачиваемая на деформацию металла, и энергия, затрачиваемая на преодоление трения между стружкой и инструментом. Примерно две трети энергии тратится на деформацию металла, а остальная часть идет на преодоление трения. Ученый сделал вывод, что фрикционное сопротивление в обоих случаях можно значительно снизить, используя правильный тип СОЖ.
Многолетние исследования этих ученых доказали, что СОЖ даже в незначительном объеме между инструментом и заготовкой может уменьшить трение, а Шоу, продолжая исследование химических и физических реакций при металлообработке, установил, что даже пары СОЖ имеют высокореакционные в отношении поверхности стружки составляющие. Высокая температура и давление в контактной точке инструмента и стружки дают химическую реакцию между жидкостью и областью между инструментом и стружкой, что приводит к осаждению твердой пленки на двух поверхностях, которая в свою очередь становится снижающим трение агентом.
Испытаниями на железе, меди и алюминии с чистой СОЖ Мэтчент продемонстрировал, что этот продукт реакции, который осаждается как химическая пленка с низкой прочностью на сдвиг, действительно выступает редуцирующим агентом трения в зоне взаимодействия инструмента и стружки. Он заявил, что такие вещества, как свободные жирные кислоты, реагируют с металлом, образуя металлсодержащее мыло, и что сульфурированные и сульфохлористые присадки в свою очередь образуют соответствующие сульфиды и хлориды, действующие в качестве агентов, снижающих трение.
Однако он также предупредил, что по мере увеличения скорости резания температура быстро увеличивается, и необходима хорошая охлаждающая способность жидкости. При скоростях свыше 254 мм/с СОЖ должна иметь двойственную способность — обеспечивать охлаждение, а также уменьшать трение.
Изучив, какие химические добавки эффективны для снижения трения, Эрнст, Шоу и Мэтчент сделали вывод, что если они смогут соединить эти химические продукты с водой в форме стабильной химической эмульсии, можно будет создать новую СОЖ, способную, как охлаждать, так и уменьшать трение. В результате этого исследования в 1945 году их компания создала новый тип жидкости для металлообработки. Новый продукт, описываемый как водорастворимая СОЖ, полусинтетическая жидкость под названием CIMCOOL®, была анонсирована в техническом журнале в октябре 1945 года. Два года спустя, в 1947 году, эта же компания представила первую полусинтетическую СОЖ на национальной станкостроительной выставке. Продукт был схож с растворимым маслом, но обладал лучшей стойкостью к коррозии и лучшей способностью к промыванию стружки.
Это исследование было одним из самых значительным в области разработки СОЖ, оно дало толчок к возникновению целого нового класса СОЖ, способствующей высокоскоростной обработке металла резанием.
Метки: сож
