6.1 Распределение температур на контактных площадках лезвия инструмента

Характер износа и период стойкости инструмента в большой степени зависят от распределения температур на контактных площадках (рис. 6.3).

На рисунке 6.3 – х, у – расстояние от режущей кромки О по передней и задней поверхностям; 1 – распределение температуры при обработке заготовки из стали 45; 2 – при обработке заготовки из титанового сплава ВТ3.

Рис. 6.3 – Законы распределения температур на контактных поверхностях лезвия.

Максимальная температура на передней поверхности Θ_n наблюдается примерно на середине контактной площадки.

Экспериментально доказано, что закон распределения плотности тепловыделения на передней поверхности лезвия соответствует комбинированному, а на задней – равномерному.

Рассматривая рис. 6.3 можно отметить следующие особенности распределения температуры.

Распределение температур на контактных площадках неравномерно. Максимальные температуры наблюдаются в точках m и n.Чем дальше располагаются эти точки от режущей кромки, тем интенсивнее отводится теплота в лезвие. Износ поверхностей лезвия начинается в точках m и n, где температура максимальная. Разница максимальных температур при обработке заготовок объясняется различием коэффициента теплопроводности, так для стали 45

для жаропрочного титанового сплава ВТ 3 – .

В теории резания используется термин “температура резания”. Под температурой резания понимают среднюю температуру по всей поверхности соприкосновения лезвия с заготовкой и стружкой

, (6.5)

где – средние температуры на контактных площадках лезвия.

Часто в экспериментальных исследованиях новых конструкций инструментов и инженерных расчетах пользуются опытными формулами для определения средней температуры резания

, (6.6)

где С – коэффициент, учитывающий материал заготовки,

v – скорость резания,

s – подача,

t – глубина резания,

φ – угол в плане,

r – радиус скругления вершины лезвия,

u – площадь поперечного сечения державки или корпуса инструмента.

Несмотря на понятные недостатки, температура резания чаще всего определяемая экспериментально методом естественно образующейся термопары, позволяет сравнить и оптимизировать, например, конструктивные элементы и геометрические параметры режущей части отдельных инструментов, а также оценить тепловую напряженность отдельных технологических операций механической обработки.

6.2 Оптимальная температура резания

При обработке заготовок из определенного материала температура резания зависит от параметров режима резания и геометрических параметров режущей части инструмента. Если взять определенную пару материалов – обрабатываемого и инструментального, то зависимость “температура резания-скорость резания” будет иметь вид, показанный на рисунке 6.4.

Рис. 6.4. Зависимость Θ-v для различных условий обработки.

1, 2, 3 – кривые для различных комбинаций s, t, φ, γ

Экспериментально подтверждено, что интенсивность износа инструмента имеет минимум при определенной температуре резания, которая называется оптимальной Θ_опт Оптимальная температура для различных комбинаций s, t, φ, γ будет достигаться при разных скоростях резания v₁, v₂, v₃.Эти скорости называются оптимальными. Они разные для различных пар материалов- обрабатываемого и инструментального. Этот принцип был высказан еще в 30-х годах прошлого столетия (принцип Райхеля) и был уточнен Макаровым А.Д.

Например, оптимальные температуры резания (полученные экспериментально) для пар материалов составляют

Т5К10 – сталь 45 850°С

Т15К6 – сталь 40Х 950°С

ВК6 –12Х18Н9Т 760°С

Р6М3 – сталь 45 270°С

Р18 – сталь 40Х 320°С.

Из изложенного можно сделать следующие выводы.

Определенному периоду стойкости заданной пары материалов соответствует одна и та же температура резания, не зависящая от комбинации элементов режима резания и геометрии инструмента.

При обработке с применением охлаждающих сред наименьшая интенсивность изнашивания также наблюдается при одной и той же оптимальной температуре.

Изменение твердости обрабатываемого материала ведет к изменению оптимальной скорости резания, однако ей соответствует одна та же оптимальная температура.

Таким образом, поддерживая постоянной оптимальную температуру резания можно осуществлять оптимальный режим резания.