2.4 Теплофизика износа металлорежущего инструмента

В силу проведенного выше доказательства импульсности характера разрушения твердых материалов при резании, критерии выбора оптимального режима резания , соответствующие экономически обоснованным нормам стойкости инструментальных материалов , подлежит серьезному пересмотру.

При изучении тепловых явлений в зоне резания отмечено, что обработке конкретного конструкционного материала инструментом с определенной маркой материала всегда соответствует определенная величина температуры на поверхности режущей части инструмента , при которой стойкость инструмента максимальна, а обрабатываемость материала (т.е. динамическая стабильность процесса резания без перегрузок оборудования, поломок инструмента и т.д.), является наилучшей. Поэтому в большинстве трудов по резанию металлов в качестве критерия долговечности инструмента справедливо используется заданная температура на поверхности режущей части инструмента или величина теплового потока в зоне резания.

Исходя из этих положений определим величину теплового потока при импульсном резании к моменту непрерывного резания или при резании на пути с постоянной скоростью прямолинейного главного рабочего движения резания.

Для этого воспользуемся формулами Кельвина для определения температуры на поверхности и величины теплового потока при условии существования нескольких мгновенных источников излучения энергии за время , время последействия которых к моменту пробега инструментом пути будет различным (2.34).

Температура поверхности режущей части инструмента, площадью S при пробеге пути согласно (2.34) будет равна:

(2.49)

где: - коэффициент пропорциональности теплопоглощения Ша Рона, характеризующий долю тепла, получаемую материалом инструмента.

Теплота к моменту времени , поглощаемая материалом инструмента

(2.50)

Ко времени двух импульсов температура от первого импульса уменьшается, следовательно;

: где (2.51)

, (2.52)

и т.д.

В момент времени

(2.53)

(2.54)

где: - частная сумма ряда с числом членов, равных N1 , который имеет вид:

(2.55)

Поскольку данный ряд не сходящийся, постольку для определения теплоты в зависимости от скорости резания при заданном пути пробега резца равным любой единице длины, воспользуемся ЭВМ. Ниже приведена блок-схема алгоритма для расчета Q как функции по уравнению (2.54) для заданного единичного пути пробега или длины непрерывного резания . Данные расчета на ЭВМ для конкретной пары материалов, проведенного дважды при изменении пути непрерывного резания: в первом случае во втором иллюстрируются графической закономерностью, представленной на рис.2.4. Закономерность полученная для импульсного источника энергии на базе уравнения (2.54) приведена в сравнении с функцией Q для стационарного непрерывного резания или непрерывного излучения энергии как считалось ранее.

Для расчета теплоты как функции скорости резания приведена блок-схема алгоритма

Ввод:

D=D+A

да

Печать:

нет

VR=0

Печать:

VR=VR+0.1

да

нет

D=0

I=0

I=I+1

Как следует из графика без использования условия тепло затухания в зависимости от времени последействия каждого импульса излучения теплоты ведет к ошибочному мнению, что энергия растет с ростом пути резания и не зависит от скорости резания.

Q

Рис.2.4

Фактически в силу импульсности работы внешних сил, затрачиваемых на резание, теплота максимальна при и минимальна при . В силу существования ряда в зоне практически используемых скоростей резания существует перегиб гиперболической функции, оптимальная точка которой смещается в сторону роста скорости резания при росте пути резания, не характеризуя роста Q. Любое снижение или увеличение величины от оптимального значения при изменении фактического пути непрерывного резания вызывает рост Q.

Следовательно при увеличении пути непрерывного резания ( ) растет величина оптимальной скорости резания ( ) и наоборот с уменьшением падает значение Таким образом, если осуществляется процесс строгания деталей различной длины одного и того же материала при выборе оптимальной для стойкости или обрабатываемости скорости резания необходимо учитывать размерный фактор. Однако в известных рекомендациях по выбору оптимальных режимов резания это явление не только не объясняется, но и не учитывается. Отсюда следует, что в практике механической обработки резание с оптимальной скоростью если и ведется, то чисто случайно и основано на интуиции.