Применение смазочно-охлаждающих технологических средств при резании металлов. Ч. 1 : Функциональные действия

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
 

Д.В. Виноградов  

 
Применение  
смазочно-охлаждающих 
технологических средств 
при резании металлов 
 
 
Часть 1 
Функциональные действия  
 
 
 
Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 
 по курсу «Инструментообеспечение  
машиностроительных предприятий» 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2013 

УДК 621.7(075.8) 
ББК 30.61 
        В49 
 
Рецензенты: Л.В. Худобин, И.Л. Волчкевич  

 
Виноградов Д. В.  
Применение 
смазочно-охлаждающих 
технологических 
средств при резании металлов : учеб. пособие по курсу «Инструментообеспечение машиностроительных предприятий» / 
Д. В. Виноградов. — Ч. 1 : Функциональные действия. — М. : 
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. — 90, [2] с. : ил.  

ISBN 978-5-7038-3658-3  

Рассмотрены функциональные свойства смазочно-охлаждающих технологических средств, применяемых в металлообработке. 
Пособие базируется на курсе лекций, читаемых автором в МГТУ 
им. Н.Э. Баумана. 
Первая часть посвящена функциональным действиям (смазочному, охлаждающему, моющему, защитному и режущему) смазочно-охлаждающих технологических средств, используемых при резании металлов. Рассмотрены механизмы действия, основные закономерности физико-химических процессов, протекающих в зоне 
резания. Показаны пути управления функциональными действиями, обеспечивающие эффективность применения.  
Для студентов, обучающихся по специальности «Инструментальные системы машиностроительных производств», а также прочим технологическим специальностям. Может быть полезно технологам и другим инженерно-техническим работникам машиностроительных предприятий. 
  
 
 
 УДК 621.7(075.8) 
                                                                                       ББК 30.61 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3658-3                           © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

 
В49 

ВВЕДЕНИЕ 

Исторически первые технологические средства использовались для смазывания инструментов и охлаждения зоны резания, 
поэтому их стали называть смазочно-охлаждающими технологическими средствами. В инженерной практике прочно укоренилось 
это название, и хотя существует большое число средств, которые 
не охлаждают, к ним также применяют термин смазочно-охлаждающие. 
Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) 
являются неотъемлемой частью современной обработки резанием. 
Многие технологические процессы обработки резанием вообще 
невозможны без СОТС. Объем их потребления промышленностью 
возрастает из года в год.  
При резании материалов применяют разные СОТС. Все они в 
той или иной мере проникают в зону резания и создают вокруг нее 
технологическую среду — вещество, с которым контактируют поверхности режущего лезвия инструмента, стружки и обрабатываемой заготовки. От технологической среды в значительной мере 
зависят характер и интенсивность процессов, протекающих на 
контактных поверхностях инструмента.  
Технологическая среда участвует в резании практически всегда, за  исключением обработки в вакууме. Даже если СОТС специально не применяют, технологическая среда при обработке присутствует постоянно (резание всегда осуществляется в воздухе). 
Кроме того, современные режущие инструменты изготовляют с 
различными покрытиями, которые можно рассматривать как твердые СОТС.  
Целенаправленное применение разнообразных веществ в том 
или ином состоянии позволяет повысить стойкость инструмента в 
1,5—10 раз, производительность труда в 1,1—3 раза, параметры 
режима резания — на 20—60 %, улучшить качество и эксплуата

ционные свойства обработанных поверхностей и санитарно-гигиенические условия труда.  
Положительный эффект от применения СОТС объясняют их 
воздействием на инструмент, заготовку и стружку. Основные результаты этих воздействий рассмотрены ниже. 
1. Улучшение технологических показателей операции:  
– возможность обработки материалов, которые без СОТС нельзя обработать (например, шлифование пластичных материалов); 
– увеличение производительности за счет роста скорости обработки (скорости, подачи, глубины резания), снижения вспомогательного времени и повышения качества обработанной поверхности; 
– повышение точности обработки в результате снижения механических и температурных деформаций заготовки и инструмента, 
интенсивности размерного износа инструмента, а также изменения 
процессов трения между поверхностями инструмента и заготовки 
(например, при развертывании с использованием масляной смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) происходит увеличение 
диаметра получаемого отверстия, поэтому при работе новыми развертками рекомендуется использовать эмульсии, а при работе развертками с износом — масляные СОЖ); 
– повышение качества обработанной поверхности (уменьшение шероховатости поверхности, наклепа) за счет улучшения 
условий трения поверхностей, уменьшения наростообразования и 
лучшего удаления отходов системы резания (стружки, шлама) из 
зоны резания. 
2. Улучшение экономических показателей операции:  
– снижение себестоимости операции за счет роста производительности и внедрения малолюдной и безлюдной технологии, достигаемых увеличением надежности инструментов и обеспечением 
ломания и отвода стружки; 
– сокращение расхода режущих инструментов за счет повышения стойкости (уменьшения интенсивности изнашивания и увеличения ресурса); 
– снижение энергозатрат вследствие уменьшения силы (мощности) резания; особенно заметно (до 40 %) мощность резания 
уменьшается на операциях, при которых происходит интенсивное 
трение поверхностей инструмента и заготовки (например, при 

резьбонарезании); при точении снижение мощности может составлять до 20 %. 
3. Улучшение экологических показателей (соответственно 
условий труда) за счет снижения содержания механической пыли в 
атмосфере цеха, температур и вибраций, обеспечения стружкозавивания и отвода стружки. 
В некоторых случаях применение СОТС ухудшает условия 
труда из-за их испарения, парообразования, дерматологического, 
аллергического и других воздействий СОТС на организм человека. 
Эффективность применения СОТС достигается за счет следующих функциональных действий (свойств) (ГОСТ Р 51779 – 
2001) технологической среды на инструмент и заготовку: смазочного, охлаждающего, моющего, защитного, режущего и пластифицирующего (диспергирующего). (В литературе встречается описание 
демпфирующего действия, но, на наш взгляд, оно является следствием перечисленных функциональных действий.) Кроме того, 
важную роль в обеспечении эффективности СОТС играют такие их 
свойства, как смачивающее и проникающее.  
Все указанные действия СОТС происходят одновременно, но 
интенсивность каждого зависит от условий обработки. Поэтому 
чрезвычайно важно при назначении технологической среды определить, какое действие СОТС превалирует — именно его и надо 
усиливать для достижения максимального эффекта. Так, на операциях с выделением большого количества теплоты следует уделять 
повышенное внимание охлаждающему действию, на операциях 
чистовой обработки — моющему и смазочному, на операциях, сопровождающихся большими давлениями на поверхности режущего лезвия, — смазочному и т. д.  

1. СМАЗОЧНОЕ ДЕЙСТВИЕ  
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ 

1.1. Результаты смазочного действия 

В большинстве операций обработки металлов резанием на 
первый план выходит смазочное действие. Это объясняется тем, 
что СОТС не может охладить источник теплоты — место возникновения адгезионных связей между поверхностями инструмента, 
заготовки и стружки, разрыв которых является причиной температурной вспышки. В то же время наличие смазки между контактирующими поверхностями приводит к уменьшению взаимодействия между поверхностями и, следовательно, к снижению контактной 
температуры. 
В 
подтверждение 
можно 
привести 
результаты исследований степени отпуска и качества поверхности 
детали после шлифования (табл. 1.1). Эти данные показывают, что 
СОТС, обладающие малой смазывающей способностью и высоким 
охлаждающим действием (например, вода), не уменьшают температуру нагрева обрабатываемой поверхности, а технологические 
среды с высокой смазывающей и низкой охлаждающей способностью (например, масла) — уменьшают. 

Таблица 1.1 

Влияние СОТС на качество поверхностного слоя деталей 

СОТС 
Степень отпуска, 
% 
Глубина дефектного слоя, 
мкм 

Без СОТС 
35 
240 

Вода 
34 
230 

Масло И-20 
20 
160 

Вазелиновое (75 %) и гипоидное (25 %) масла  
10 
80 

Смазочное действие СОТС влияет на характер и интенсивность процессов, происходящих на контактных поверхностях инструментов, и приводит: 
1) к снижению коэффициента трения между поверхностями инструмента и стружки и интенсивности изнашивания инструмента;  
2) уменьшению тепловыделения от трения на контактных поверхностях инструмента и температуры этих поверхностей, как 
следствие, — к повышению стойкости режущего инструмента;  
3) улучшению качества обработанной поверхности (уменьшению шероховатости, наклепа и др.) ввиду  изменения условий трения поверхностей инструмента и заготовки. 

1.2. Сила трения при резании и цель смазки 

Трение при резании сильно отличается от трения, наблюдаемого в деталях машин. Так, коэффициенты трения деталей машин 
редко превышают значения 0,05…0,15, а интенсивность изнашивания — 10–9 мм/км. При резании же усредненные коэффициенты 
трения всегда превышают 0,3—0,5 (иногда единицу), а интенсивность изнашивания составляет не менее 10–4 мм/км. Это различие 
обусловлено особенностями трения при резании, которые не 
встречаются или несущественны при всех прочих случаях. Наиболее важны следующие. 
1. Отделение срезаемого слоя приводит к образованию новых 
ювенильных (химически чистых) поверхностей, которые обладают 
высокой реакционной способностью, причем тем большей, чем 
большие деформацию и упрочнение претерпел металл. Атомы 
ювенильной поверхности соединяются с атомами поверхности режущего лезвия инструмента,  происходит образование адгезионных связей между инструментом, заготовкой и стружкой и интенсифицируется адгезионное изнашивание. 
2. Фактическая площадь контакта трущихся поверхностей при 
резании приближается к номинальной (при трении деталей машин 
фактическая площадь контакта много меньше номинальной), что 
существенно изменяет характер процессов трения. 
3. Трение при резании происходит в условиях огромных 
удельных нормальных нагрузок (3 000 МПа) и температур 
(1 000 °С для твердосплавных инструментов и 600 °С для быстрорежущих). 

4. Время контакта поверхностей лезвийного инструмента с 
поверхностями стружки и заготовки составляет всего 10–3…10–4 и 
10–4…10–5 с соответственно. При шлифовании это время еще на 
2—3 порядка меньше. 
5. Трение поверхностей инструмента постоянно идет по новой 
поверхности детали и стружки. Причем интенсивная пластическая 
деформация стружки и поверхностного слоя заготовки сильно изменяет свойства обрабатываемого материала из-за образования 
большого числа дефектов и искажений кристаллической решетки 
и накопления избыточной внутренней энергии. 
6. Трение носит гетерогенный характер по длине контакта инструмента со стружкой — происходит в условиях пластического, 
упруго-пластического и упругого контактов. 
7. Характеристики трения при резании реагируют на изменение параметров режима резания, геометрии инструмента, свойств 
обрабатываемого и инструментального материалов. 
Сила трения при резании состоит в преодолении следующих сил: 
– пластического и упругого деформирования выступов на поверхностях инструмента и заготовки; 
– «пропахивания» твердыми выступами одной поверхности 
другой, более мягкой; 
– возникающих при разрушении мостиков адгезии, образовавшихся между контактирующими поверхностями инструмента, 
заготовки и стружки; 
– межатомных взаимодействий между контактирующими поверхностями. 
Цель смазки — уменьшение силы трения (снижение коэффициентов трения) между поверхностями инструмента, стружки и 
заготовки. Она достигается путем разделения контактирующих 
поверхностей смазочными пленками. При этом трение между материалами заготовки и инструмента заменяется на трение между 
пленкой и материалом или на трение между слоями пленки.  
Исходя из особенностей трения при резании можно сформулировать требования к смазочным пленкам, используемым при 
резании. Смазочные пленки должны: 
– обеспечивать снижение коэффициентов трения при различных сочетаниях инструментального и обрабатываемого материалов и разных условиях резания; 

– прочно удерживаться на поверхностях инструментов из разных по своим физико-химическим свойствам инструментальных 
материалов (быстрорежущих сталей, твердых сплавов и сверхтвердых материалов); 
– сохранять свои свойства при высоких температурах, больших нормальных и касательных нагрузках; 
– не увеличивать износ  поверхностей режущих инструментов; 
– не портить поверхности детали. 
Различают ювенильное (сухое), жидкостное и граничное трение, обеспечиваемые гидродинамической и граничной смазками. 

1.3. Ювенильное трение 

Ювенильное трение — это трение в отсутствие любого смазочного материала между контактирующими поверхностями. Оно 
возможно только в условиях абсолютного вакуума и ювенильной 
чистоты поверхностей. Исследования трения металлов, полностью 
очищенных от любых адсорбированных на поверхности атомов, 
показали, что коэффициент трения в этом случае колеблется от 
3 до 6 (табл. 1.2), что объясняется образованием большого числа 
очагов атомной связи между поверхностями заготовки и инструмента. 

Таблица 1.2 

Коэффициенты трения при различных режимах трения 

Режим трения 
Коэффициент трения 

Трение ювенильных поверхностей 
0,8 — 6,0 

Трение окисленных физико-химически чистых 
поверхностей 
0,4 — 0,8 

Граничное трение 
0,01 — 0,5 

Гидродинамическое трение 
0,001 — 0,02 

 
Условия для ювенильного трения возникают при разрушении 
обрабатываемого материала, в момент образования новых, ювенильных, поверхностей. Однако эти поверхности очень быстро 
покрываются адсорбированными атомами (на только что обрабо

танной поверхности стали уже через 0,05 с образуется слой пленки 
толщиной 1,4 · 10–9 м) или вступают в адгезионную связь с другой 
поверхностью.  
При ювенильном (сухом) трении коэффициент трения описывается законом Амонтона: 

 
н
тр
ф
ф
тр
н
тр
τ
τ
и
,
σ
σ

S
S
P
F
S
S
F
P
k P





  

 
т. е.    
тр
τ ,
σ

S
k

 

где Fтр — сила трения, Н; Sф — фактическая площадь контакта 
трущихся поверхностей, м2; Рн — сжимающая сила, Н; σ — предел 
прочности материала, Па; τS — сдвиговая прочность материала, 
Па; kтр — коэффициент трения. 

1.4. Гидродинамическая смазка 

Гидродинамическая смазка обеспечивается наличием между 
трущимися поверхностями сравнительно толстого слоя вещества, 
разделяющего их. При этом непосредственное зацепление неровностей поверхностей полностью исключается и трение переводится из трения между поверхностями во внутреннее в слое смазки, 
т. е. жидкостное. Сопротивление сдвигу жидкостной пленки очень 
мало, поэтому значения коэффициентов трения не превышают 
≈ 0,001…0,01 (см. табл. 1.2). Однако прочность такой пленки и ее 
сцепление с поверхностью низки.  
Слой гидродинамической смазки возникает при наличии несущего гидродинамического клина между трущимися поверхностями, 
на котором как бы всплывает скользящая поверхность, преодолевая 
прилагаемую нормально нагрузку. Такой клин возникает или благодаря наклону одной поверхности относительно другой, или из-за 
особых условий процесса, когда смазка затягивается в пространство 
между поверхностями. При отсутствии таких условий смазка легко 
выдавливается из зазора между поверхностями. Так, в условиях высоких давлений и температур обычные ньютоновские жидкости образуют пленки толщиной в 106—108 раз меньше средней высоты 
микронеровностей трущихся поверхностей.