Лабораторная работа №3
«Исследование влияния параметров резания на температуру»
Предварительные сведения.
Мощность, подводимая в зону резания, расходуется на пластическую деформацию в плоскости сдвига, на преодоление сил трения по передней и задней поверхностям, на работу распространения трещины, связанную с образование новых поверхностей, а также на пластическую деформацию приповерхностного слоя. Так как мы рассматриваем резание остро заточенным инструментом, мощность, расходуемую на пластическую деформацию приповерхностного слоя, не учитываем. Сказанное записывается в форме уравнения, которое называют уравнением энергетического баланса процесса резания:
,
где (1)
– мощность, необходимая для процесса
резания;
– мощность, затрачиваемая на
пластическую деформацию;
– мощность, затрачиваемая на трение
стружки о переднюю поверхность
инструмента;
– мощность, затрачиваемая на трение
задней поверхности инструмента о деталь;
– мощность, связанная с образованием
новых поверхностей.
Вся механическая энергия, подводимая в зону резания, (100%) переходит в тепло. Места, где выделяется тепло при резании, показаны на рисунке 1:
Рис.1 Места выделения теплоты.
1 – очаг сдвиговых деформаций в плоскости сдвига;
2 – контакт стружки по передней поверхности инструмента;
3 – контакт по площадке износа задней поверхности инструмента.
Большая часть тепла из зоны резания уносится стружкой (50-86%), 7-10% уходит в инструмент, около 3-9% - в заготовку, около 1% излучается в окружающую среду. Естественно, что эти соотношения выполняются, если обработку ведут без принудительного охлаждения. Сказанное можно написать в виде уравнения:
,
где (2)
– тепловая мощность, выделяемая при
резании;
– доля тепловой мощности, уносимая
со стружкой;
– доля тепловой мощности, передаваемая
в инструмент;
– доля тепловой мощности, передаваемая
в заготовку;
– доля тепловой мощности, излучаемая
в окружающее пространство.
Несмотря на то, что через инструмент отводится только 10% тепла, этого достаточно, чтобы создавать проблемы, связанные с его нагревом. В процессе резания инструмент сильно нагревается. Объясняется это тем, что инструмент (резец) имеет ограниченное сечение. К тому же при токарной обработке он работает без перерыва.
Нагрев ухудшает режущие свойства и уменьшает стойкость инструмента. Так, стальной инструмент нагреваясь теряет твердость или, как говорят, отпускается. Известно, что повышение температуры вызывает все физические процессы, в том числе, процессы износа. Поэтому стойкость твердосплавного инструмента при нагреве также уменьшается. Именно поэтому измерению температуру в зоне резания уделяется большое внимание.
Для расчета температуры резания
используют эмпирическую зависимость:
,
где (3)
– постоянный коэффициент, характеризующий
обрабатываемый материал, условия
резания;
– параметры резания;
– показатели степени, характеризующие
степень влияния параметров
.
А измерение температуры резания производится при помощи термопар. Используют следующие термопары:
искусственные – оба электрода из специального материала, например, хромель-алюмель; хромель-копель;
полуискусственные – один электрод из специального сплава, другой электрод – сам инструмент;
естественные – оба электрода используются в процессе резания: это материал инструмента и материал заготовки.
Цель работы – экспериментальное
исследование влияния параметров резания
– скорости резания
,
подачи
и глубины резания
– на температуру резания
;
изучение конструкции и работы естественной
термопары для измерения температуры
резания (
);
обработка экспериментальных данных с
целью определения показателей степени
,
и постоянного коэффициента
.
Для выполнения работы потребуется:
- станок токарно-винторезный (тип 1К62 или 16К20ПФ1);
- заготовка из стали 45 или 40Х, диаметром 80 мм, длиной 600 мм;
- резец токарный проходной со сменной неперетачиваемой пластиной (СНП);
- термопара естественная (рис. 3).
Задачи, решаемые в настоящей работе:
- изучить конструкцию и принцип работы термопары естественной;
- изучить методику тарировки термопары естественной;
- исследовать экспериментально влияние параметров резания – скорости резания , подачи и глубины резания – на температуру резания ; занести результаты в протокол испытаний.
- определить расчетные значения показателей степени , и постоянного коэффициента ; занести результаты в протокол испытаний.
- построить графики зависимостей
температуры резания от параметров
резания:
.
Провести проверку работоспособности
полученного уравнения.
Порядок выполнения работы.
Стальную заготовку зажимают в трехкулачковом патроне. Настраивают режимы обработки. Проводят три серии опытов. В каждой серии последовательно изменяют один из переменных факторов при постоянных значениях остальных (многофакторный эксперимент). В ходе каждого опыта фиксируют показания милливольтметра, данные заносят в протокол измерений.