3.6.Тепловые процессы резания металлов, температура резания
В процессе металлов выделяется тепловая энергия в результате протекания пластической деформации, трения стружки о переднюю поверхность инструмента (резца), трения детали с главной задней поверхностью инструмента. Тепловыделениями при протекании упругой деформации (часть энергии упругой деформации преобразуется в затухающие колебания, превращающиеся в тепловую энергию) пренебрегаем ввиду незначительной ее величины.
Итак, основными источниками тепловыделения являются:
- тепло, при протекании пластической деформации;
- тепло, выделяемое при трении стружки о переднюю поверхность инструмента;
- тепло, выделяемое при трении детали о заднюю поверхность инструмента.
Температура поверхности контакта инструмента с заготовкой называется температурой резания.
Температура резания определяется тепловым балансом процесса резания металлов
Qд + Qтп + Qзп = Qстр + Qз + Qи + Qокр ,
где Qд - теплота, выделяемая при протекании пластической деформации;
Qтп - теплота, выделяемая при трении стружки о переднюю поверхность инструмента; Qзп - теплота, выделяемая при трении детали о заднюю поверхность инструмента; Qстр - количество теплоты, уходящей в стружку;
Qз – тепло, уходящее в заготовку; Qи - количество теплоты, уходящей в инструмент; Qокр - количество теплоты, передаваемой окружающей среде посредством излучения.
Методы измерения температуры резания
Для измерения температуры резания применяются следующие основные способы: калориметрический; термопар; микроструктурный; термокрасок; оптический.
Калориметрический метод, сущность которого состоит в том, что стружку, образующую при резании, собирают в калориметр, наполненный водой. По весу стружки и воды и по перепаду температуры воды до погружения и после погружения определяется количество тепла, поглощенного стружкой, и определяется ее средняя температура. Аналогично определяется количество тепла, поглощенного инструментом и заготовкой. Этот метод не позволяет оценить температуру прирезцового слоя. Калориметрический метод применяется для определения теплового баланса при резании.
Метод термокрасок для определения температуры резания основан на свойствах изменения цвета специальных красок под действием температуры. Краску обычно наносят на рабочую часть резца.
Метод микроструктурного анализа основан на анализе фазовых и структурных изменений, происходящих в поверхностных слоях режущей части инструмента в результате действия теплоты в процессе резания.
температуры резания является метод термопар впервые предложенный в 1912 г Усачевым Я.Г.. Существуют три способа измерения температуры резания: методом искусственной термопары, метод полуискусственной термопары, метод естественной термопары.
Метод искусственной термопары
Схема метода искусственной термопары приведена на рис.12. Термопара - это датчик температуры, состоящий из двух сваренных с одно конца между собой разнородных электропроводящих элементов – проволок. Принцип действия термопары основан на так называемом эффекте Зеебека. Если две проволоки из разных металлов с одного конца сварить (это место будет называться рабочим или горячим спаем) и нагреть до температуры Т1, то на оставшихся свободных концах проволок (холодный спай) с более низкой, комнатной температурой Т2 появиться термоЭДС. Чем выше разница температур между рабочим и холодным спаем ΔТ, тем больше термоЭДС. Величина термоЭДС не зависит от диаметра и длины проволок, а зависит от материала проволок и температуры спаев
Рис.12. Схема измерения температуры резца методом искусственной термопары:
Спай искусственной термопары вставляется в просверленное отверстие в определенном месте инструмента, и располагают его возможно ближе источникам теплоты. Термопару изолируют от стенок отверстия в инструменте слюдой или стеклянной трубкой. Возникающую в цепи термоэлектродвижущую силу, пропорциональную разности температур места спая и холодных концов проволоки, измеряют регистрирующим прибором. Температуру до 1300 С измеряют хромель-алюмелевой термопа-рой.