5.0 Лабораторна робота №5 дослідження впливу елементів процесу різання на температуру різання

Мета роботи:

1. Засвоєння теоретичних положень та вивчення основних закономірностей впливу режимів різання на температуру різання при точінні. Ознайомлення з приладами і методиками вимірювання температури різання.

2. Дослідити залежність середньої температури ріжучої кромки підрізного токарного різця від швидкості різання та подачі при точінні.

5.1 Теоретичні положення

5.1.1 Тепловий баланс процесу різання

Від температури в зоні різання, залежить стійкість інструмента, якість і точність обробленої поверхні. При обробці металів різанням більша частина механічної енергії, що підводиться до різця роботою різання, перетворюється в теплову. Загальна кількість тепла, яке виділяється при різанні, залежить від сили і швидкості різання і може бути визначена за формулою

^5.1

де Q - теплота, що виділяється при різанні, Дж/хв; P_Z- сила різання, Н; V - швидкість різання, м/хв;

Загальна кількість тепла Q виділяється з трьох основних джерел (рис5.1):

Q_І – перехід в теплову енергії деформації;

Q_ІІ - перехід в теплову енергії тертя стружки по передній поверхні;

Q_ІІІ - перехід в теплову енергії тертя поверхні різання по задній поверхні.

Q – теплові потоки що постачають тепло до зони різання; q – теплові потоки що відводять тепло від зони різання.

Рисунок - 5.1 Тепловий баланс роботи різання.

Підведене до зони різання тепло витрачається; на нагрів стружки - q₁; на нагрів деталі – q₂; на нагрів інструменту – q₃.

На розподіл тепла між стружкою деталлю та інструментом в значній мірі впливає швидкість різання на рис 5.2 наведена діаграма розподілення тепла в залежності від швидкості.

Рисунок - 5.2 Розподілення тепла між стружкою заготовкою та інструментом в залежності від швидкості різання роботи різання

Залежність температури різання від елементів процесу різання визначається формулою

5.2

де θ - температура різання (°С);

С_θ - коефіцієнт, який залежить від матеріалу заготовки, матеріалу різальної частини різця та умов різання;

V - швидкість різання, м/хв;

t - глибина різання, мм;

х, Y, z - показники ступенів.

Рівняння (5.2) враховує одночасний вплив елементів різання S, V, t. Вплив окремо взятого елемента процесу може бути визначено за такими формулами

5.3

5.4

5.5

Для визначення показників ступенів х, у, z, а також значення С_θ1, С_θ2 і С_θ3 необхідно провести експериментальні дослідження за рівняннями (5.3÷5.5).

5.1.2 Теоретичне дослідження температури різання

Істотним недоліком експериментальних методів вимірювання температури це усереднення показань і неможливість отримати достовірні температурні поля в зоні різання. Ці задачі вирішує метод джерел (нагрівання). Суть методу – заміна температурних полів будь якого походження на сукупність точкових миттєвих джерел в об’ємі чи на площині.

На основі рівняння теплопровідності

де: τ – час,що наближається до 0; x,y,z – просторові координати.

Виведено рівняння точкового джерела тепла

Де:θ_Т(x, y, z, τ) – температура в любій точці тіла;

x_і, y_і, z_і, - координати джерела;

λ₀, ω₀ – коефіцієнти теплопровідності і температуропровідності матеріалу.

Рішення рівняння дають формули точкового, лінійного і площинного джерел що дозволяє при відомій епюрі джерел і стоків тепла (рис 5.3) провести розрахунок теплових полів.

Рисунок - 5.3Джерела та стоки тепла в зоні різання