8.4.11. Расчет интенсивности источников тепла в зоне резания

Как было установлено ранее, в зоне резания действуют три основных источника тепла: тепло выделяется в зоне стружкообразования, на поверхностях контакта лезвия со стружкой и лезвия с заготовкой. Если два последних источника являются плоскими, то источник тепла, выделяемого в зоне стружкообразования, является объемным. Расчет температуры, возникающей от объемного источника, является более сложным, чем расчет температуры от плоского источника. Часто неизвестен размер этого источника, перпендикулярный условной плоскости сдвига. Проведенные расчёты показывают, что если принять этот источник плоским с равномерным распределением интенсивности вдоль условной плоскости сдвига, то это не оказывает существенного влияния на температуру на контактных поверхностях инструмента. Поэтому в дальнейшем этот источник тепла также принят плоским.

Интенсивность источника тепла, выделяемого в зоне стружкообразования, принимается равномерно распределенной по условной плоскости сдвига. Размеры этого источника: ширина b= t/sinφ, длина вдоль условной плоскости сдвига

.

В первом приближении интенсивность источника может быть определена по зависимости

q_д = 10τ V_c, Вт/мм²,

где τ - касательное напряжение в плоскости сдвига в кг/ мм²;

V_c - скорость сдвига м/с.

Если τ дано в кг/мм², а V в м/мин, то интенсивность источника теплоты деформации в тепловых единицах определяется так:

q_д = 3,9 τ V_c, кал/см²с

.

Если известны, например, в результате измерения силы резания, действующие при обработке, то интенсивность источника тепла, выделяемого в зоне деформации, определяется:

,

где Р_ZП и Р_NП - соответственно главная и нормальная составляющие силы резания с вычетом сил, действующих по задней поверхности инструмента, в Н; V - скорость резания в м/мин; a, b - толщина и ширина срезаемого слоя в см.

Тепло деформации распределяется между стружкой и обрабатываемой заготовкой. Доля тепла, переходящего в стружку, определяется по зависимости (8,18), которая применительно к обработке лезвийным инструментом приводится к следующему:

где Рe – критерий Пекле.

.

Доля тепла, переходящего в заготовку, 1 - b^*.

Интенсивность источника тепла, выделяемого на поверхности контакта инструмента со стружкой, является переменной по длине контакта и определяется скоростью движения стружки по передней поверхности V₁ = V/K_l и действующими касательными напряжениями τ, эпюра которых показана на рис. 7.2. Аналогично распределена интенсивность источника тепла трения по длине контакта.

При расчете температуры контакта лезвия со стружкой интенсивность этого источника принята с целью упрощения формул равномерно распределенной по длине контакта. Возникающие ошибки от такого расхождения между расчетным и фактическим распределениями интенсивностей теплового источника устраняются с помощью коэффициентов формы источника. Так, средняя температура на площадке контакта по передней поверхности θ₁, рассчитанная по фактическому распределению интенсивности теплового источника, определяется через среднюю температуру θ, рассчитанную от источника той же мощности, но с равномерно распределенной интенсивностью:

θ ₁= θК_с

Аналогично можно определить и максимальную температуру на площадке контакта:

θ_1m = θ_m K_m .

Здесь K_с и K_m – коэффициенты формы источника тепла соответственно для средней и наибольшей температуры.

Интенсивность источника тепла от трения стружки по передней поверхности определяется по выражению

q_1Т = τ_F V₁,

где τ_F - среднее касательное напряжение на передней поверхности;

V₁ - скорость движения стружки по передней поверхности.

Установлено, что величина τ_F не зависит от факторов процесса резания и однозначно определяется зависимостью

τ_F =0,28 S_к= 0,28 σ_b(1 + δ +ψ),

где δ и ψ -относительное удлинение и сужение при стандартном испытании образца из обрабатываемого материала;

S_к-истинный предел прочности обрабатываемого материала.

q_1Т = 0,167 σ_b (1 + δ+ψ) V₁, Вт/мм²,

где σ_b в кг/мм², V₁ м/мин.

Интенсивность источника тепла, выделяемого на фаске износа инструмента по задней поверхности, принята равномерной по ширине фаски износа:

q_2T = μ_З q_З V,

где μ_З - средний коэффициент трения на фаске износа ориентировочно принимается равным μ_З = 0,8;

q_З - среднее нормальное напряжение в кг/мм² на фаске износа определяется по зависимостям (7.18), (7.20). Для пластичного материала можно принять

q_З = (1,2…1,4) σ_Т; q_2T = (0,2…0,23) σ_Т V, Вт/мм²,

для хрупких материалов q_З=HB/3,

Интенсивность источника тепла, выделяемого на фаске износа, в тепловых единицах определяется по формуле

q_2T = 0,39* 10 ^{- 4} σ_Т V, Ккал/мм²с.