пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

I семестр:
» ТКМ

Тепловые явления в зоне резания. Тепловой баланс. Пути снижения температуры в зоне резания.

Тепловые явления процесса резания

При резании вся механическая работа превращается в тепловую энергию. Количество теплоты Q, выделяющееся при резании в единицу времени (тепловая мощность), определяется по формуле: image054.gif, Дж,

где РZ- сила резания, V- скорость резания.

Образующееся в зоне резания тепло распределяется между заготовкой, стружкой, режущим инструментом и окружающей средой.

Причинами образования теплоты являются упругопластическое деформирование в зоне стружкообразования, трение стружки о переднюю поверхность инструмента, трение задних поверхностей инструмента о заготовку. Тепловой баланс процесса резания можно представить следующим тождеством:

 image056.gif

где:   QД – количество теплоты, выделяющейся при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала;

         QП.П – количество теплоты, выделяющейся при трении стружки о переднюю поверхность инструмента;

         QЗ.П. – количество теплоты, выделяющейся при трении задних поверхностей инструмента о заготовку;

         QС  – количество теплоты, отводимое стружкой;

         QИ – количество теплоты, отводимое режущим инструментом;

         QЛ – количество теплоты, переходящее в окружающую среду (теплота лучеиспускания).

По данным многих исследований, количество теплоты, отводимое стружкой, составляет (25-85)% всей выделяющейся теплоты, заготовкой (10-50)%, режущим инструментом (2-8)%. Количественное распределение теплоты зависит главным образом от скорости резания (рис.4). С увеличением скорости резания отводимое стружкой тепло увеличивается, а заготовкой, инструментом, окружающей средой – уменьшается.

Рис.4. Распределение теплоты резания в зависимости от скорости резания 

Соотношение членов в уравнении теплового баланса не постоянны и изменяются в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, условий резания и материала инструмента, условий обработки и др.

Увеличение подачи S повышает температуру в зоне резания, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания V. Еще меньшее влияние на температуру оказывает глубина резания t.

Влияние геометрии резца:

1.С увеличением угла резания image060.gif и угла в плане image062.gif температура в зоне резания возрастает.

2.С увеличением радиуса закругления при вершине температура в зоне резания уменьшается.

Теплообразование отрицательно влияет на процесс обработки. Обработка должна производится без перегрева режущего инструмента. Так для работы инструмента из углеродистой стали температура в зоне резания не должна превышать (200-250)град C, из быстрорежущей стали (550-600) град C, инструментом, оснащенным твердыми сплавами – (800-1000) град C, а минералокерамикой – (1000-1200) град C; абразивными материалами – (1800-2000) град C. Нагрев инструмента выше указанных температур вызывает структурные превращения в материале, из которого инструмент изготовлен, снижение его твердости и потерю его режущих способностей. Также происходит изменение геометрических размеров инструмента, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Нагрев заготовки вызывает изменение ее геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления заготовки на станке она начинает деформироваться. А это приведет к снижению точности обработки.

Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку следует вести в условиях применения смазочно-охлаждающих сред (СОЖ).

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ

В процессе резания металлов происходит интенсивное тепловыделение. Практически вся механическая работа, затрачиваемая на срезание припуска заготовки, превращается в теплоту. Полное количество теплоты Q, выделяющейся в единицу времени, можно определить из выражения: 
Q=P.V [Дж/с], (2) 
где Р - сила резания; 
V - скорость резания. 
Тепловой баланс в процессе резания можно представить в следующем виде: 
Q=Q*+Qm+Q„~Qc+Q,+Q*+Q, №L (3) 
Где Qd - количество теплоты, выделяемой при упругопластичной деформации обрабатываемого материала; 
QM - количество теплоты, выделяемой при трении стружки о переднюю поверхность лезвия режущего инструмента; 
Qm~ количество теплоты, выделяемой при трении задней поверхности режущего инструмента о заготовку; 
 

 

Qc - количество теплоты, отводимое стружкой; 
Q} ~ количество теплоты, отводимое заготовкой; 
Qu - количество теплоты, отводимое режущим инструментом; 
Q, - количество теплоты, отводимое в окружающую среду. 
В зависимости от технологического метода и условий обработки стружкой отводится от 25 до 85% всей выделяемой теплоты; заготовкой - 10-50%; инструментом - 2-8%. Количественное распределение теплоты, отводимое стружкой через инструмент и заготовку, зависит главным образом от скорости резания V^. 
Нагрев режущего инструмента в зоне контакта с прирезцовой стороной стружки до высоких температур (t=800 °С и выше) и связанное с этим тепловыделение отрицательно влияет на инструмент и заготовку: вызывает снижение твердости режущего инструмента и потерю его режущих свойств, структурные превращения в поверхностном слое обрабатываемого металла. Нагрев инструмента вызывает изменение его геомет-рических размеров, что снижает точность обработки, вызывает погрешность геометрической формы обрабатываемых поверхностей. 

Температурные деформации режущего инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают не только точность, но и качество обра- ботки. Изменение температурного поля по объему заготовки в процессе обработки приводит к погрешности формы обрабатываемых поверхностей. Необходимо отметить, что в значительной части работ по резанию металлов взаимосвязь стойкости инструмента и производительности обработки определялась на основе рассмотрения только тепловых зависимостей без учета трибологии резания [74]. 
Нагрев до высоких температур инструмента и заготовки отрицательно влияет на точность и качество обработки, на экологическую обстановку в цехе, на работу систем ЧПУ станков. Поэтому в механообрабаты- вающих цехах применяют меры по снижению отрицательного влияния высоких температур при резании. К основным методам борьбы с высокими температурами относятся: 
использование обильного охлаждения СОЖ; 
применение систем приточно-вытяжной вентиляции и систем кондиционирования воздуха, 
проведение наиболее вредных операций в специальных помещениях.

 


25.01.2014; 00:34
хиты: 47
рейтинг:0
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь