Контрольные вопросы

1. Каковы принцип работы и область применения гидравлических, механических и электрических динамометров?

2. Каковы составляющие равнодействующей силы резания P при точении?

3. Как рассчитать эффективную мощность, затрачиваемую на процесс резания?

4. Каким образом влияют на силы резания свойства обрабатываемого материала, геометрические параметры резца, элементы режима резания?

5. Какие существуют марки СОТС и какова область их применения?

Г л а в а 8. Теплообразование и температура резания

8.1. Источники образования тепла и его распределение

В процессе резания тепловые явления играют важную роль. Именно они определяют температуру в зоне резания, которая оказывает прямое влияние на характер образования стружки, нарост, усадку стружки, силы резания и микроструктуру поверхностного слоя. Еще более существенно воздействует температура резания θ на интенсивность затупления инструмента и период его стойкости.

В процессе резания металлов механическая работа, затрачиваемая на процесс резания, практически полностью превращается в теплоту. Поэтому общее количество тепла, кал/мин, образующегося при резании, можно определить из выражения

, (8.1)

где P_z – касательная составляющая силы резания в Н; V – скорость резания в м/мин; Е – механический эквивалент теплоты, равный 4,19Дж/кал.

Работа, затрачиваемая на резание, состоит из трех частей: работы деформирования срезаемого слоя, работы трения на передней поверхности и работы трения на задней поверхности. Следовательно, и общее количество образующегося при резании тепла можно определить по формуле:

Q = Q_д + Q_тп + Q_тз, (8.2)

где Q_д – тепло, образующееся при деформациях в зоне сдвигов на условной плоскости сдвигов; Q_тп – тепло, образующееся при трении в зоне контакта стружки с передней поверхностью инструмента; Q_тз – тепло, образующееся при трении в зоне контакта поверхности резания с задней поверхностью резца.

Расположение источников тепла представлено на рис. 8.1. Образовавшееся тепло распространяется из очагов теплообразования к более холодным областям, распределяясь между стружкой (Q_с), деталью (Q_дет) и инструментом (Q_и) (рис. 8.2). Часть тепла уходит в окружающую среду (Q_ср). Расход образовавшегося при резании тепла описывается выражением:

Q = Q_с + Q_дет + Q_и + Q_ср . (8.3)

Рис. 8.1. Источники образования тепла в зоне резания

Рис. 8.2. Потоки тепла в стружку,

инструмент и деталь

Выражения (8.2) и (8.3) в совокупности описывают тепловой баланс при резании металлов. Процентное распределение тепла между стружкой, деталью и инструментом зависит от рода обрабатываемого материала и условий обработки.

Эксперименты показывают, что при работе с небольшой скоростью резания (до 30...40 м/мин) относительное количество теп-лоты составляет: Q_c  60...70 %; Q_и  3 %; Q_дет  30...40 %; Q_cр  1...2 %. Установлено, что чем ниже теплопроводность обрабатываемого материала, тем больше теплоты уходит в инструмент. По мере увеличения скорости резания значительно рас- тет относительное количество теплоты, уходящей в стружку. При скорости V = 400...500 м/мин теплота распределяется так: Q_c   97...98 %, Q_и  1%.

Использование технологических сред позволяет значительно повысить Q_cр в общем тепловом балансе. В зависимости от условий подвода среды соответственно уменьшаются Q_c, Q_и и Q_дет.