Юный техник, 2005 № 05 - страница 13

Со всеми этими неприятностями борются много лет. В XIX веке резцы делали из твердого, как стекло, отбеленного чугуна. В XX веке, когда появились прочные стали, легированные никелем, хромом и марганцем, специально для их обработки создали сверхпрочные стали — с добавлением вольфрама и ванадия. Со временем процент железа в ней уменьшали, от чего она становилась все тверже, и, наконец, ее стали называть уже не сталью, а твердыми сплавами. Они крайне дороги. Поэтому на стальной резец припаивают лишь крохотную пластинку такого сплава.

Сверхтвердые сплавы могут работать, не тупясь, при температуре до тысячи градусов. Но при таком режиме нельзя получить высокой точности и гладкой поверхности. К тому же высокая температура уменьшает прочность детали, а раскаленная стружка попросту опасна для окружающих. Но токари еще исстари избегали перегрева, охлаждая резец. Поначалу это делали маслом. Но его требовалось все больше, а стоит оно недешево. Тогда стали применять эмульсии. Первоначально это были смеси масла, воды и мыла, а потом к ним стали добавлять и другие вещества. Постепенно в обиход металлообработчиков вошли смазочно-охлаждающие жидкости, или СОЖ.

Со временем стали замечать: СОЖ не только охлаждают и смазывают деталь, что естественно повышает производительность, но и как бы снижают прочность металла при ее обработке, не влияя на прочность готовой детали. Этот эффект зависел как от химических свойств металла, так и от состава самой жидкости.

Опытным путем установили, например, что СОЖ, помогающая в работе с легированной сталью, бесполезна при работе с чугуном и даже вредна при обработке алюминия.

Первое научное объяснение действия СОЖ на металлы дал советский ученый академик П.А.Ребиндер. Эти жидкости содержат в своем составе особые вещества, которые он называл «понизителями твердости». Попав в мельчайшую клиновидную трещинку на поверхности металла, молекулы веществ — понизителей твердости просачиваются внутрь, как вода в капилляр. При этом они давят на ее стенки с давлением до тысячи атмосфер, что приводит к дальнейшему расширению трещины, а значит, к снижению прочности металла (рис. 2).

На основе теории Ребиндера были созданы СОЖ, уменьшающие нагрузку на резец, охлаждающие его и ускоряющие скорость резания металла. Казалось бы, в принципе проблемы резания металла решены. Но…

В токарном цехе большого завода можно было видеть такую картину. Вращается деталь. На резец течет струя мутно-белой СОЖ. Эта жидкость уносит образующиеся при работе стружки сначала в канавку на бетонном полу. Эта и другие канавки впадают в большие канавы, несущие стружки вдоль цеха. Где-то в конце стружки собирают, отделяют от них СОЖ и возвращают ее обратно на резцы станков, а стружки прессуют и отправляют на переплавку.

Мельчайшие брызги СОЖ, постоянно носящиеся в воздухе цеха, у многих вызывают аллергию. Люди отказывались от работы с ее применением. Не помогает ни защитная одежда, ни усиленная вентиляция.

Были созданы станки-роботы, находящиеся в закрытой капсуле и действующие без прикосновения рук человека. Это значительно улучшило экологическую обстановку в цехах. Но такие станки можно применять далеко не всегда, а кроме того, СОЖ осталась. И как выяснилось, это далеко не безвредное вещество так или иначе в результате случайных утечек все же попадает в окружающую среду.

Можно ли заменить СОЖ чем-то безвредным? В цехе любого завода есть множество агрегатов, приводимых в действие сжатым воздухом. Еще в начале 80-х годов прошлого века его попытались применить для охлаждения резца. Для этого возле резца установили сопло, которое направляло на него мощную струю воздуха. Скорость в ней была близка к скорости звука, и потому она издавала оглушительный шум. С этим можно было бы мириться: существуют специальные противошумовые наушники.

Но оставался главный недостаток такого охлаждения — чрезмерно большой расход воздуха.

Чтобы снизить его, попробовали ионизировать воздух при помощи электрического разряда. Такой воздух химически более активен, потому была надежда, что с его помощью можно подействовать на свойства обрабатываемого металла. На такую возможность в принципе указывали и исследования Ребиндера.