Понятие о тепловых процессах при резании. Баланс тепла при резании

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.

Количество тепла, выделяемого в процессе резания (Q, Дж) складывается из:Q=Q_Д+Q_ТП+Q_ТЗ

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 ).

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:Q_Д+Q_ТП+Q_ТЗ=Q_С+Q_И+Q_ДЕТ+Q_ОС,

На процентное распределение тепла в правой части равенства (4) главное влияние оказывают механические и теплофизические свойства обрабатываемой детали и скорость резания.

Факторы, оказывающие влияние на количество тепла, выделяющегося при резании. Влияние тепла на процесс резания

Обрабатываемый материал

На температуру резания влияют механические характеристики обрабатываемого материала (предел прочности, твердость и т.д.) и его теплопроводность. Чем выше предел прочности и твердость металла заготовки, тем больше температура резания.

Скорость резания

С ростом скорости резания увеличивается количество выделяющейся теплоты.

Подача

С ее увеличением возрастает составляющая силы резания Pz и, следовательно, количество выделяющейся теплоты.

Глубина резания

С увеличением глубины резания возрастает общее количество теплоты, так как увеличивается составляющая силы резания Pz. Однако при этом увеличивается и длина активного участка режущей кромки, отводящей теплоту в тело резца. Прирост температуры резания становится незначительным.

Передний угол γ

Исследования показывают, что оптимальная величина переднего угла зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала. Обычно для прочных обрабатываемых материалов рекомендуются меньшие, а в некоторых случаях отрицательные передние углы.

Главный угол в плане φ

При увеличении этого угла увеличивается толщина сечения среза: a=S*sinφ, a – толщина срезаемого слоя,, φ – главный угол в плане

Это приводит к уменьшению коэффициента усадки стружки, касательной составляющей силы резания Pz и количества выделяемого тепла. Однако при увеличении j уменьшается массивность режущего клина и активная часть режущей кромки, от чего ухудшаются условия теплоотвода. Последний фактор является преобладающим, и при увеличении главного угла в плане температура резания повышается.

Износ резцов, механизм износа.

При резании металлов в результате трения стружки о переднюю поверхность резца и задних поверхностей резца о поверхности заготовки происходит износ резца, протекающий в виде истирания и удаления микрочастиц с поверхностей, а также в виде микросколов (выкрашивания) режущей кромки.

 Здесь происходит трение между постоянно вновь образующимися «обновленными» поверхностями, кот-е протекает при больших давлениях, высоких температурах, и на относительно малых поверхностях контакта.

Механизм износа очень сложен. Здесь имеют место абразивный (царапание – срезание микроскопических объемов материала инструмента твердыми структурными составляющими обрабатываемого металла), адгезионный (молекулярный – молекулярное сцепление м-ду материалами заготовки и инструмента, вызывающих отрыв мельчайших частиц материала инструмента) и диффузионный (взаимное растворение обрабатываемого металла и материала инструмента) износы.

В зависимости от материала заготовки и резца, элементов режима резания, геометрических элементов режущей части резца и других условий обработки резцы изнашиваются по-разному, например:

· при резании хрупких металлов (чугуна, бронзы) резцы изнашиваются в основном по задней поверхности независимо от материала резца (по передней пов-ти износ только при высоких скоростях).

· при резании вязких металлов на малой скорости резания изнашивается в основном задняя поверхность.