КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЯХ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

При резании металлов в зоне отделения стружки выделяется значительное количество теплоты. Тепловое состояние системы резец- стружка-деталь оказывает существенное влияние на изнашивание инструмента, на качество обработанной поверхности, на процесс трения и т.д. Изучение условий теплообразования и теплоотвода в зависимости от различных параметров процесса резания имеет большое практическое значение и позволяет:

· управлять теплонапряженностью процесса резания металла;

· выбирать материал режущей части инструмента;

· рекомендовать рациональные геометрические параметры режущего инструмента;

· задавать параметры режима резания.

1.1. Источники образования тепла и распределение его между стружкой, инструментом, деталью и окружающей средой

Многочисленными опытами установлено, что при резании конструкционных материалов более 99% работы резания переходит в тепло. Количество тепла, выделяемого в процессе резания (Q, Дж/с), можно определить через работу резания А _рез в единицу времени – мощность резания N _рези механический эквивалент теплоты Е:

, (1)

или

, (2)

где Рz – главная составляющая силы резания, Н;

v – скорость резания, м/с.

Это количество тепла складывается из трех источников:

, (3)

Расположение источников тепла представлено на рис. 1. Тепло деформации Q _д образуется в зоне сдвигов по плоскости сдвигов; тепло трения Q _тп на передней поверхности – в пределах площадки контакта между стружкой и инструментом шириной С ₁; тепло трения Q _тзна задней поверхности – в пределах площадки контакта между поверхностью резания и инструментом (шириной С ₂ ).

Рис.1. Источники образования тепла в зоне резания

Образовавшееся тепло распространяется из очагов его образования к более холодным местам, распределяясь между стружкой Q _с , резцом Q _и, деталью Q _дет и окружающей средой Q _ос. При этом имеет место равенство – уравнением теплового баланса:

. (4)

На процентное распределение тепла в правой части равенства (4) главное влияние оказывают механические и теплофизические свойства обрабатываемой детали и скорость резания. Наибольшие значения этого распределения таковы:

Q _с = до 85%, Q _и = до 40%, Q _дет = до 9%, Q _ос = до 1 %.

Таким образом, последним слагаемым правой части равенства (4) можно пренебречь.

На рис. 2 в качестве примера представлено распределение тепла между стружкой, резцом и деталью пря точении стали 40Х резцом из твердого сплава с глубиной резаная 1,5 мм и подачей 0,12 мм/об. При увеличении скорости резания процентное количество тепла, уходящего в стружку, возрастает, а в деталь и инструмент – уменьшается. Это уменьшение вызвано изменением соотношения между скоростью резания и скоростью распространения тепла в зоне деформации.

Рис. 2. Распределение тепла между стружкой, резцом и деталью при точении

В детали, стружке и режущем инструменте теплота распределяется неравномерно. Это вызывает неравномерную температуру их нагрева. Температура прирезцовых слоев стружки выше, чем наружных слоев. Это объясняется неравномерностью пластических деформаций металла по толщине стружки, а также тепловыделением, вызываемым дополнительной деформацией прирезцовых слоев стружки при движении ее по передней поверхности режущего инструмента. Наивысшая температура режущего инструмента возникает в граничных слоях площадок контакта его со стружкой и обрабатываемой деталью.

Обрабатываемая деталь нагревается меньше, чем инструмент или стружка, так как она имеет большую теплопроводность и теплоотдачу.

Наиболее полное и точное представление о температурном состоянии режущего инструмента, стружки и детали дает температурное поле. Обычно оно строится в виде изотерм и характеризует распределение температур во всех точках рассматриваемого режущего инструмента, стружки или заготовки при установившемся резании. На рис. 3 представлено температурное поле по данным А.Н. Резникова.

	а

Рис. 3. Температурное поле при обработке стали ШX15 резцом с пластинкой твердого сплава Т14К8

Характер распределения температур в стружке и прирезцовых слоях заготовки соответствует характеру изменения пластических деформаций: температура тем выше, чем больше деформаций.

Наивысшая температура на передней поверхности резца в данном случае равна 900° С и сосредоточена в центре давления стружки на резец. По мере удаления от центра давления температура нагрева передней поверхности снижается.

На задней поверхности резца наивысшая температура составляет 250…300° С непосредственно у режущей кромки. Меньший нагрев задней поверхности объясняется тем, что она соприкасается с поверхностью резания заготовки, которая претерпевает значительно меньшие пластические деформации, чем стружка.

При повышении температуры твердость режущего инструмента уменьшается, и он становится менее износостойким. На интенсивность износа инструмента оказывает влияние не столько общее количество теплоты, поступающей в режущий инструмент, и средняя температура нагрева в его режущей части, сколько та наибольшая температуре, которая возникает в тонких поверхностных слоях, подвергающихся износу. Поэтому под термином «температура резания» подразумевают наибольшую температуру нагрева тонких поверхностных слоев режущего инструмента в местах контакта инструмента со стружкой или заготовкой.

Поиск по сайту: