Тепловыделения в зоне резания

Наклеп (упрочнение)

Наростообразование

Нарост - слой обрабатываемого металла, образующийся на передней поверхности инструмента (Рис.64). Нарост обла­дает прочностью и твердостью гораздо большими, чем у исходного металла.

Рис. 64. Наростообразование при точении.

Нарост играет двоякую роль в процессе резания.

Преимущества нароста:

- увеличивает передний угол (+ γ), что приводит к уменьшению силы резания;

- способен сам резать исходный материал;

- удаляет центр давления стружки от режущей кромки, что уменьшает износ режущего инструмента;

- улучшает отвод тепла от инструмента.

Недостатки нароста:

- нарост увеличивает шероховатость обработанной поверхности, периодически срываясь с инструмента и внедряясь в обработанную поверхность;

- частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, вызывают повышенный износ другой детали в соединении и всей пары трения;

- ввиду изменения угла γ изменяется величина силы резания, а это приводит к вибрациям станка и инструмента, что ухудшает качество обработанной поверхности.

Нарост является положительным явлением при черновых операциях и отрицательным при чистовых.

Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов.

Упрочнение (наклеп) - увеличение твердости и прочности поверхностного слоя, в результате искажения кристаллической решетки зерен под действием упругой и пластической деформаций металла.

В реальных условиях режущая кромка инструмента всегда имеет радиус закругления (ρ) (Рис.65). Из-за него в процессе резания часть толщины срезаемого слоя подвергается упругопластическому деформированию.

Рис.65. Схема образования поверхностного слоя и наклепа.

Н - ширина контактной площадки

h_y - толщина упрочненного слоя.

Наклеп характеризуется толщиной упрочненного слоя (h_y) и степенью наклепа (η _H):

,

НВ_П - микротвердость поверхностного слоя,

НВ_о - микротвердость исходного материала.

Пластичные материалы подвергаются большему упрочнению, чем хрупкие или твердые.

В целях получения повышенной поверхностной прочности и остаточных напряжений сжатия, наклеп является явлением по­ложительным. Однако, наклеп, полученный при черновых опера­циях, при дальнейшей чистовой обработке интенсивнее изнаши­вает инструмент. Это отрицательное явление наклепа.

Работа, затрачиваемая на упругопластическое деформи­рование обрабатываемого материала, трение стружки о режущий инструмент, трение инструмента о поверхность резания и обрабо­танную поверхность заготовки, превращается в тепловую энергию.

Общееколичествотеплоты, выделившееся в процессе ре­зания в минуту составляет: Q = Р _z • V (Дж/мин).

Тепловой баланс процесса резания можно записать (см. рис.66):

Q = Q_упд + Q_тп + Q_тз = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄,

где Q_упд - тепло выделившееся при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала,

Q_тп - тепло от трения стружки о переднюю поверхность инструмента,

Q_тз - тепло от трения задней поверхности инструмента о заготовку,

Q₁ - тепло, отводимое стружкой (30... 80% от Q),

Q₂ - тепло, отводимое заготовкой (10... 50%),

Q₃ - тепло, отводимое режущим инструментом (2... 8 %),

Q₄ - тепло, переходящее в окружающую среду (около 1 %).

Рис. 66. Источники образования и распределения теплоты резания.

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания:

- нагрев инструмента снижает его твердость и приводит к ускорению износа;

- нагрев инструмента изменяет его размеры, что приводит к ухудшению точности размеров и формы обработанных поверхностей;

- нагрев заготовки вызывает изменение размеров и формы деталей;

- температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.

Для снижения влияния теплоты на процесс резания используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и смазочно-охлаждающие вещества (СОВ).

Различают следующие СОЖ:

- водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, мыльные растворы;

- минеральные, животные и растительные масла;

- минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфо- фрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине;

- масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).

СОВ тоже могут быть различные:

- газы и газообразные вещества: СО ₂, CCl ₂, N ₂;

- пары поверхностно-активных веществ;

- распыленные жидкости (туман) и пены;

- твердые вещества: порошки воска, парафина, петролатума, битума;

- мыльные порошки.

Чаще всего при обработке резанием применяют СОЖ, особенно водные эмульсии с добавками ингибиторов (антикоррозионных добавок). Кроме этого, существенную роль в охлаждении имеет способ подачи СОЖ в зону резания.