8.5. Оптимальная температура резания

Еще в 30-х гг. был сформулирован принцип Рейхеля, согласно которому определенному периоду стойкости для заданной пары инструмент – деталь соответствует одна и та же температура резания, не зависящая от комбинации элементов режима резания. Недостаток указанного принципа заключается в том, что физический параметр (температура резания) сопоставляется со временем работы инструмента, которое не связано с условиями трения и рядом других процессов, протекающих на контактных площадках.

Рис. 8.23. Зависимость относительного

поверхностного износа от температуры

при точении стали 40ХН2МА резцом

из твердого сплава Т14К8:

1 – s = 0,43 мм/об; 2 – s = 0,21 мм/об;

3 – s = 0,11 мм/об; t = 1 мм

П рофессор А. Д. Макаров пришел к выводу, что постоянство температуры резания следует связывать не с произвольно выбранным периодом стойкости, а с точками, характеризующи- ми минимальную относительную интенсивность изнашивания (рис. 8.23, гдеh_ол – относительный радиальный линейный износ). Учитывая, что температура контактных поверхностей непосредственно влияет на ин-тенсивность различных механизмов изна-шивания, он сформу-лировал положение, что оптимальным скоростям резания (для заданного материала режущей части инструмента) при различных комбинациях ско-рости, подачи и глуби-ны резания соответствует постоянная температура в зоне резания (оптимальная температура резания θ_о).

Из этого положения вытекает ряд важных выводов.

1. Для инструментов с любой комбинацией геометрических параметров режущей части ( и другие) точкам минимума кривых, выражающих зависимость интенсивности изнашивания от скорости резания, соответствует одна и та же оптимальная температура резания θ_о, хотя уровень оптимальных скоростей резания может существенно колебаться (рис. 8.24).

Рис. 8.24. Влияние скорости на температуру резания и интенсивность изнашивания резца:

1 – ₁, ₁, r₁; 2 – ₂, ₂, r₂; 3 – ₃, ₃, r₃

2. Изменение диаметра обрабатываемой поверхности при точении и диаметра отверстия при растачивании приводит к существенному изменению уровня оптимальных скоростей резания θ_о, в то время как оптимальная температура резания остается постоянной (рис. 8.25).

3. Изменение твердости и структуры стали приводит к существенному изменению уровня оптимальных скоростей резания (соответствующих минимальной интенсивности изнашивания резца), которым, однако, соответствует одна и та же оптимальная температура (рис. 8.26).



Рис. 8.25. Влияние скорости на температуру резания и интенсивность изнашивания расточного резца (d1< d2)

Рис. 8.26. Влияние температуры резания на интенсивность изнашивания резца при обработке материалов разной твердости (Н1>H2>H3)

4. При обработке металлов без охлаждения и с охлаждением различными средами наименьшая интенсивность изнашивания наблюдается при одной и той же оптимальной температуре резания θ_о (рис. 8.27).

Обратимся еще раз к рис. 8.22, на котором, кроме зависимостей = f(V), показаны результаты исследований износа резцов ВК6М при точении сплава ВТ14 всухую и с применением СОТС. Рассмотрение зависимостей относительного радиального линейного износа по задней поверхности инструмента от скорости резания h_олз = f(V) показывает, что в интервале скоростей резания до 100…120 м/мин в зависимости от СОТС интенсивность износа резцов практически не зависит от скорости. Увеличение скорости резания до значений, превышающих 100…120 м/мин, приводит к резкому увеличению интенсивности износа (или h_олз), причем каждому составу СОТС и методу их подвода соответствует своя, строго определенная скорость резания, при которой интенсив-ность износа начинает быстро изменяться. Сопоставление кривых h_олз = f(V) и  = f(V) показывает, что всем оптимальным для различных СОЖ скоростям соответствует постоянная оптимальная температура резания, равная для пары ВТ14 – ВК6М _о = 870 °С.



Рис. 8.27. Влияние скорости

на температуру резания и интенсивность

изнашивания резца:

1 – при работе без охлаждения; 2 – с охлаждением

На основе приведенных следствий приходим к выводу: поддерживая постоянной оптимальную температуру резания _о, можно осуществлять процесс резания в оптимальном режиме при минимальной интенсивности изнашивания резца при использовании любых комбинаций V, s, t, , ,  и других факторов.

Ключевые слова и понятия

Теплообразование, источники теплообразования, распределение тепла, уравнение теплового баланса, площадки контакта С_п и С_з, температурное поле, температуры на поверхностях контакта, температура резания, методы измерения температуры, калориметрический метод, термоэлектрический метод, метод искусственной термопары, метод естественной термопары, зависимость  = f(V), зависимость  = f(s, t), зависимость  = f(, , ), оптимальная температура резания.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается важность изучения тепловых явлений при резании металлов?

2. Расскажите об основных методах измерения температуры резания.

3. Расскажите о тепловом балансе при резании металлов.

4. Рассмотрите распределение образовавшегося при резании тепла между стружкой, деталью и режущим инструментом.

5. Как влияют свойства обрабатываемого и инструментального материалов на величину и направление тепловых потоков?

6. Как влияют на температуру резания свойства обрабатываемого материала, геометрические параметры резца, элементы режима резания?

7. Рассмотрите понятие оптимальной температуры резания при точении.

194