4. Температура резания

Значение температуры в разных точках площадок контакта инструмента со стружкой и заготовкой неодинаковы. На передней поверхности максимальная температура (температура резания) соответствует точке, лежащей примерно на половине ширины площадки контакта. Распределение температур во всех точках рассматриваемого участка стружки или инструмента принято называть температурным полем. При работе с постоянными режимами после некоторого времени резания устанавливается постоянство температур отдельных точек, и такое температурное поле называется ста­ционарным.

4.1. Температурное поле в стружке

В разных точках только что сформировавшейся стружки температура различна. Наиболее высокую температуру стружка имеет в локальном приграничном слое того отрезка опорной поверхности, которым она в данный момент скользит по контактной поверхности лезвия резца.

Рис. 11.3. Температурное поле в стружке

Выделяющаяся при скольжении теплота нагревает прирезцовый слой стружки по мере её продвижения от вершины резца, и изотерма с максимальной температурой удалена от вершины резца на расстояние 0,51,5 мм. В зоне контакта стружки с инструментом температура в поперечном сечении стружки переменна и убывает в направлении от прирезцовых слоев стружки к её внешней свободной поверхности. После того, как стружка теряет контакт с лезвием резца и продолжает движение в воздухе, теплота распространяется с более нагретых в менее нагретые части стружки до тех пор, пока температура не выровняется по всему сечению.

Температура срезаемой стружки особого практического интереса не представляет, пока она сохраняет жёсткость, прочность и исходную форму, приобретённую в процессе своего образования. Эти свойства стружка сохраняет до температуры 700°С. Нагрев её до более высоких температур приводит к размягчению металла стружки и потере им необходимой жёсткости и прочности. При температуре 800°С металл размягчается настолько, что начинает вести себя подобно вязкой жидкости, в результате чего стружка начинает оседать под тяжестью собственного веса на резце и прилегающей части суппорта станка. Оседающий нагретый металл стружки накапливается в растущий по размерам раскаленный комок, и если его принудительно не удалить, при остывании он приваривается к резцу и суппорту станка, создавая аварийную ситуацию. Поэтому, практические режимы резания должны быть выбраны такими, чтобы температура срезаемой стружки была не более 900°С.

4.2. Температурное поле в обрабатываемой заготовке

В обрабатываемую заготовку отводится относительно малое количество теплоты. С увеличением скорости резания поток теплоты в заготовку возрастает от 2 до 8 % расходной части теплового баланса. Это количество теплоты, проникая в металл заготовки, приводит к образованию перемещающегося по поверхности заготовки температурного поля. «Бегущее» температурное поле распространяется на локальный поверхностный слой металла заготовки, непосредственно примыкающий к зоне резания. Возрастание температуры приводит к тепловому расширению заготовки. Размеры обработанной в нагретом состоянии заготовки после её остывания до комнатной температуры могут оказаться ниже допускаемых. Поэтому при разработке технологических процессов изготовления резанием прецизионных деталей необходимо учитывать их нагрев при обработке.

Рис. 11.4. Температурное поле в заготовке