15. Тепловые явления при резании и их влияние на качество обработки.

Источники тепла

1. Площадь контакта стружки на передней поверхности. Qпс – уходит в стружку

Qпи – уходит в инструмент

2. Площадь контакта заготовки с задней поверхностью.

Qзи – в инструмент

Qзз – уходит в заготовку

L0 условная площадь сдвига  тепло Qдс возникает в результате выполнения работы силами внутреннего трения Qдз. Это всё тепло деформации в зоне стружко образования. Уравнение теплового баланса :

Q = Qп + Qз + Qд + Qдисп

Q =Qс + Qи + Qз + Qокр– диспергирование или измельчение

Qс + Qи + Qз + Qокр 

Q = Qпс + Qдс

Q = Qпи + Qзи

Q = Qдз + Qзз

В зависимости от условий резания соотношения Qс, Qи, Qз, Qокр меняются.

Тепло Qп, Qз, Qд зависит от свойств обрабатываемого материала, степени износа инструмента элементов режима резания и наличия СОЖ.

С увеличением скорости резания доля Qс резко увеличивается.

С увеличением  резания силы трения уменьшаются.

При сверх высоких скоростях на контактных поверхностях образуется жидкая прослойка обрабатываемой детали которая способствует удельной силе резания получения более высокого качества обработки, износу инструмента.

Знание закономерностей распределения Q, тепловых полей, нужно как для повышения раб.способности инструмента так и качество поверхностей

Высокие температуры в зоне резания вызывают тепловые расширения режущей части инструмента, заготовки и частей станка  потеря точности обработки.

Температура резания – физическая величина результат (производная ) теплообразования и теплоотвода из зоны резания. tрез увеличивается если кол-во тепловыделений преобладает над теплоотводом.

При const условиях резания произойдет стабилизация tрез т.е. уравнение тепловыделения и теплоотвода. Средняя tв зоне резания при этом будет иметь конкретное значение - tрез

Qкр = 250-700 С для инструментальных сталей.

При более высоких tрез они теряют твёрдость  резанье не возможно.

ВК,ТТК,ТК tрез = 8001200 С

Металокерамика 11001300 С

Современные СТМ до 1500 С

Эльбор до 1600 С.

16. Зависимость температуры резания от условий резания. Уравнение теплового баланса.

Инструмент:

Размеры и его массивность способствуют лучшему теплоотводу и резанию. Инструментальный материал влияет на t через физико-механические св-ва теплопроводность и теплоёмкость, снижению t способствует меньший коэффициент трения, чем твёрже инструмент и меньше степень родства материала инструмента и заготовки тем меньше трение, тепловыделение и tрез.

Углеродистая легированаябыстрорежушаятв. сплавыметалокерамика(Al2O3) СТМалмазэльдор (NB4). В пределах тв. сплавов, сплавы разной теплопроводности ВКТК  ВК рекомендуется для обработки менее теплопроводных деталей например (титана и чугунов (их теплопроводность в 2 раза ниже конструкционных сталей )

Материал заготовки влияет на t через теплопроводность, теплоёмкость, трение, степень родства с инструментом.

СОТС (аэрозоли):

Способствуют уменьшению tрез за счёт смазывающего и охлаждающего действия  уменьшение трения, сил трения, тепловыделений, tрез.

Охлаждающим действием обладают спец теплоёмкие, теплопроводные СОЖ. Большое влияние оказывает на t способ подачи СОЖ, в зону резания: 1.свободный полив сверху, - не экономичен; 2. под заднюю поверхность струёй под давлением из форсунок, - шум и сильное разбрызгивание; 3. аэрозольное облако: 4. внутреннее охлаждение через спец каналы через режущие инструменты.

Элементы режима резания (регулятор)

1. глубина резания   увеличение tрез, т.к.  площадь сечения срезаемого слоя

z =0.05 0.2

f=s*t Pz f=b*h

f=s*2t 2Pz

отставание tрез от тепловыделений объясняется улучшением теплоотвода при  глубины t за счёт  площади контакта по передней и задней поверхностям .

2. подача

с подачи так же площадь номинального сечения,  сипы резания P, количество выполняемой работы , тепловыделений  tрез =Cs*S y=0.40.5

с  подачи tрез отстаёт, но в меньшей степени чем от t

Теплоотвод с  подачи отстаёт от количества выделяющегося тепла  с  подачи t в большей степени чем с t.

С увеличением рез, площади контактов стружки по передней и по задней поверхностям – const.

A=N/t , N= Pz*v, =f(v).

С увеличением  в 2 раза кол-во тепловыделений увеличивается  чем в 2 раза за счёт уменьшения коэффициента трения и силы резания.

С увеличением рез кол-во тепла уносимого со стружкой увеличивается т.к. тепло не успевает уходить в заготовку и в инструмент  tрез так же отстаёт от кол-ва выделяющегося тепла, но в меньшей степени чем с увеличением подачи и глубины. =C*v*s*t zyx

Т.е. наибольшее влияние на tрез оказывает , а наименьшее tрез  выбор и назначения элементов резания начинают с t,s.

Влияние геометрии

Сувеличением угла уменьшаются силы резания  уменьшаются тепловыделения tрез будет при этом уменьшаются какого то значения опт с дальнейшим увеличением , t может увеличиваться т.к. резец меньше.

Аналогично влияние угла    Q 

tрез так же как у  уменьшится при опт. С дальнейшим   теплоотвод ухудшается, t растёт. Уравнение теплового баланса :

Q = Qп + Qз + Qд + Qдисп

Q =Qс + Qи + Qз + Qокр

Qс + Qи + Qз + Qокр 

Q = Qпс + Qдс

Q = Qпи + Qзи

Q = Qдз + Qзз

В зависимости от условий резания соотношения Qс, Qи, Qз, Qокр меняются.

Тепло Qп, Qз, Qд зависит от свойств обрабатываемого материала, степени износа инструмента элементов режима резания и наличия СОЖ.