ТехИнфо

Технологическая   информация

Тепловые явления при резании материалов


Тепловые явления в процессе резания играют исключительно важную роль. Именно они определяют температуру в зоне резания, которая оказывает прямое влияние на характер образования стружки, нарост, усадку стружки, величину сил резаная и микроструктуру поверхностного слоя. Еще более существенное влияние оказывает температура резания на интенсивность затупления инструмента в его стойкость.

Выделение тепла при снятии стружки объясняется тем, что в тепло переходит механическая работа, затраченная на процесс резания. Эту работу можно представить как сумму:

А = Ад + Ат,

где: Ад - работа, затрачиваемая на упругую и пластическую деформации срезаемого слоя,
       Ат - работа, затрачиваемая на преодоление сил трения по передней и задней поверхностям.

Практически в теплоту переходит вся работа резания (больше, чем 99,5%). Образующаяся при резании теплота распространяется от точек с высшей температурой к менее нагретым точкам. Она выделяется вследствие работы пластических деформаций и уходит в основном со стружкой, а частично остается в инструменте. Теплота от трения по передней и задней поверхности режущей части инструмента идет соответственно в переднюю и заднюю его поверхности, в стружку и деталь. Незначительная ее часть уходит в окружающую среду. В основном она распространяется между стружкой, деталью и инструментом. Зная количество теплоты, выделяемой в процессе резаная и распространяемой между стружкой обрабатываемой деталью и инструментом, можно записать тепловой баланс при резании:

Q = Од + Qт =Qс + Qи + Qд + Qос,

где: Qс - теплота стружки,
       Qи – теплота инструмента,
       Qд – теплота детали,
       Qос - теплота окружающей среды.

Установлено, что чем ниже теплопроводность детали, тем больше ее уходит в инструмент. По мере увеличения скорости резания значительно растет относительное количество теплоты, уходящей в стружку.

Влияние различных факторов на температуру в зоне резания.

Оценивая влияние какого-либо фактора на температуру резаная, нужно учитывать изменение условий подвода и отвода тепла в этой зоне. Другими словами, можно сказать, что на температуру резания оказывают влияние те же факторы, что и на изменение баланса тепла - скорость резания, ширина и толщина срезаемого металла, физико-механические свойства обрабатываемого материала и другие факторы.

С увеличением скорости резания увеличивается количество тепла, выделяющегося в зоне резания, и возрастает температура нагрева детали, стружки и инструмента. Однако рост температуры в зоне резания отстает от роста скорости резания. Это отставание особенно усиливается в зоне высоких скоростей.

С увеличением ширины среза прямо пропорционально растет сила, работа резания и количество выделяющейся теплоты, но во столько же раз увеличивается и длина активной части режущего лезвия, а соответственно и отвод тепла. Поэтому с увеличением ширины среза температура резания изменяется незначительно.

С увеличением толщины срезаемого слоя увеличивается сила и работа резания и количество выделяемого тепла. Одновременно растет площадь контакта стружки с передней поверхностью резца, Эго улучшает условия отвода тепла, поэтому увеличение температуры отстает от роста толщины среза.

Физико-механические свойства оказывают на температуру резания такое же влияние, как и на силу резания, т.е. имеется тенденция к увеличению температуры с повышением прочности, твердости и пластичности обрабатываемого материала. Большое влияние на температуру резания оказывает теплопроводность обрабатываемого материала и характер его микроструктуры. Чем выше теплопроводность обрабатываемого материала, тем ниже температура резания, так как отвод тепла от места его выделения в стружку и деталь более интенсивен.

С изменением переднего угла изменяется температура резания, так как при различных значениях угла будут различными условия подвода и отвода тепла. С увеличением угла уменьшается сила, а следовательно, и работа резания, а также и количество выделившегося тепла.