2.1.6 Теплові явища при різанні матеріалів

Джерела теплоти, що виділяється. Процес різання супроводжується значним виділенням теплоти. Майже вся механічна енергія різання пере­творюється на теплову.

Теплота, що виділяється при різанні, складається з теплоти Q_д від пла­стичних деформацій, теплоти Q_п.п від тертя стружки об передню поверх­ню інструмента і теплоти Q_з.п від тертя задніх поверхонь інструмента об заготовку, що обробляється. Тепловий баланс процесу різання визнача­ється за рівнянням

Q_д + Q_п.п + Q_з.п= Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄, (2.5)

де Q₁, Q₂, Q₃ і Q₄ – кількість теплоти, що переходить відповідно в струж­ку, заготовку, різець і в навколишнє середовище.

За даними багатьох досліджень кількість теплоти, що переходить у струж­ку, становить 25...84 %; у різець 2...8 %; залишається в деталі 20...50 %, близько 1 % випромінюється в навколишнє середовище. Зі збільшен­ням швидкості різання відносна кількість теплоти, що відводиться струж­кою, збільшується, а тієї, що переходить у виріб та інструмент, - змен­шується.

Нагрівання різального інструмента і оброблюваних деталей. Темпе­ратура нагрівання інструмента може бути досить значною, оскільки рі­зальна кромка постійно перебуває в зоні найбільшого тепловиділення, а теплопровідність інструментальних матеріалів порівняно невелика. Тем­пература залежить від опору деформування, тепло­про­відності та тепломісткості матеріалів заготовки й інструмента.

Зі збільшенням міцності й твердості матеріалу зростає робота, що ви­трачається на різання, збільшується кількість виділеної теплоти і підви­щується температура інструмента. В поверхневому шарі інструмента, що перебуває в контакті зі стружкою, температура може досягати точки пла­влення оброблюваного металу. Це призводить до зменшення зусиль рі­зання, проте знижує твердість і стійкість різальних інструментів, а також може спричинити погіршення точності та якості деталей.

Великий вплив на температуру різального інструмента має швидкість різання, дещо менший - подача і ще менший - глибина різання.

У нормальних умовах роботи температура, що допускається для інстру­мента з вуглецевої сталі, не повинна перевищувати 200...250 °С, із швид­корізальної сталі - 550...600 °С, для інструмента, оснащеного твердими сплавами, – 800... 1000 °С, мінералокерамікою – 1000...1200 °С.

Значно зменшити температуру зони різання можна застосуванням мас­тильно-охолодної рідини (МОР). МОР крім охолодження завдяки мас­тильним властивостям зменшує тертя і роботу деформації.

2.1.7 Спрацювання і стійкість різального інструмента

Критерій затуплення. Під спрацюванням різального інструмента ро­зуміють руйнування його контактних поверхонь під впливом сил тертя стружки об передню поверхню інструмента і задніх поверхонь його об заготовку. Значний вплив на спрацювання має температура нагрівання різальної кромки. Численними дослідженнями встановлено, що залежно від умов різання інтенсивність спрацювання інструмента визначається різними за своєю природою процесами. Інтенсивне руйнування контакт­них поверхонь інструмента часто зумовлене наявністю в оброблюваному матеріалі досить твердих складових (карбідів, оксидів, поверхневої кір­ки), які зберігають значну твердість й при нагріванні. Вони діють як абра­зиви, дряпаючи поверхню тертя.

Великий тиск і висока температура різання спричинюють адгезійні про­цеси на контактних поверхнях, унаслідок яких частинки інструментального матеріалу під дією молекулярних сил безперервно відриваються і виносяться стружкою та оброблюваною заготовкою.

Граничне допустиме спрацювання, при якому інструмент втрачає працездатність, називають критерієм затуплення. Зі збільшенням спрацювання задньої поверхні інструмента зростають сили різання, збільшується робота тертя, підвищу­ється температура, збільшується шорсткість обробленої поверхні, тому за критерій затуплення беруть певне спрацю­вання задньої поверхні інструмента h₃ (рисунок 2.8, а).

На рисунку 2.8, б наведено криву спрацювання різця по задній поверхні залежно від часу роботи, яка має три характерні ділянки: ділянка ОА – початкового спрацювання; АВ – нормального спрацювання; ВС – катастро­фічного спрацювання. В точці С спрацювання відповідає такому стану інструмента, при якому продовжувати процес різання неможливо. Різан­ня треба припиняти в точці В, в якій спрацювання відповідає встановле­ному критерію затуплення.

Допустиме спрацювання h₃ залежить від оброблюваного та інструментального матеріалів, виду різального інстру­мента, режиму різання, точ­ності й шорсткості обробленої поверхні. Так, для токарних різців, осна­щених пластин­ками твердих сплавів, при чорновому точінні сталі h₃=0,8...1,0 мм, а при точінні чавуну h₃= 1,4...1,7 мм.

Рисунок 2.8 – Основний вигляд та крива спрацювання різальних інструментів

При чистовій обробці встановлюється технологічний критерій затуплення, тобто така величина, перевищення якої призводить до того, що точність і шорсткість обробленої поверхні перестають відповідати техніч­ним умовам.

Стійкість інструменту. Стійкістю інструмента називають час його роботи між переточуван­нями при усталеному режимі різання. На стійкість впливають оброблюваний матеріал і матеріал інструмента, режим різання та інші умови обробки. Від стійкості залежать продуктивність і вартість обробки; її виби­рають такою, щоб вартість операції, що виконується, була мінімаль­ною. Складні дорогі інструменти, що встановлюють на верстатах із складним налагодженням, повинні мати більший період стійкості.

Стійкість токарних різців із швидкорізальних сталей становить 30...60 хв, твердосплавних різців – 45...90 хв, фрез циліндричних – 180...240 хв.