2425Влияние различных факторов на среднюю температуру контакта. Второй закон резания

При рассмотрении вопроса о влиянии различных факторов на среднюю температуру контакта речь будет идти о температуре, изме­ренной естественной термопарой. Как правило, температура на пе­редней поверхности резца выше, нежели на задней (рис. 8.3). Однако температура изношенного резца часто выше, чем на передней.

Рис. 8.3. Эпюры распределения температуры на передней и задней

поверхности инструмента: h, - величина износа по задней поверхности; с — длина контакта стружки с передней поверхностью резца

Температура, осреднённая для передней и задней поверхности, называется средней температурой контакта. Если через ^_n.c_F и ^з.ср обозначить средние температуры на пло­щадках контакта, то средняя температура резания (контакта) опреде­лится по формуле

где с и h3 соответственно площадки контакта резца со стружкой (с) и деталью (h3.

На температуру резания оказывают влияние следующие факторы:

• обрабатываемый материал;

• инструментальный материал;

• элементы режима резания;

• геометрия режущей части инструмента;

• сечение тела резца;

• СОТС;

• габариты детали.

Причём х > у > z, а переменная х никогда не равна 1, х < 1. Ко­эффициент С_в - зависит от физико-механических свойств обрабаты­ваемого материала, геометрических параметров инструмента, приме­няемых СОТС.

Из элементов режима резания наибольшее влияние оказывает V_Xi (рис. S.4), Однако температура резания повышается с увеличением У^ непропорционально, поскольку с ростом *v, уменьшается пла­стическая деформация, а следовательно, и количество тепла, обра­зующегося в результате деформации.

Температура резания повышается так же непропорционально глубине резания t и подаче s.

С увеличением t увеличивается работа резания, а следовательно, й количество тепла, но одновременно с этим увеличивается активная длина режущей кромки инструмента, что улучшает теплоотвод.

С увеличением .? увеличивается количество тепла, но рост силы отстает от роста подачи. Кроме того, с увеличением s увеличивается ширина контакта с передней поверхностью, что улучшает условия теллоотвода. Следует отметить, что s в большей мере влияет на тем­пературу, чем г.Это объясняется тем, что с увеличением t теплоотвод лучше, чем с увеличением s. Этот факт лежит в основе II закона реза­ния.

"С точки зрения температурного режима работать нужно но больших глубинах, даже за счет снижения подачи" (Второй закон ре­зания).

Физические причины износа инструмента.

В настоящее время большинство исследователей считают, что режущий инструмент подвергается различным по природе видам из­носа -абразивному, адгезионному, диффузионному, химическому, термическому, электрическому и прочим. В зависимости от условий резания превалирующим может;- быть один вид износа или же инст­румент подвергается одновременно действию различных видов изно-са. Абразивный износ (абразивно-механический)Одним из видов износа режущего инструмента является абразив­ный износ, который в отдельных случаях может иметь основное зна­чение. Механизм абразивного износа состоит в том, что твердые включения обрабатываемого материала ( NijTi; Ni₃(Al,Ti) и др.), вне­дряясь в контактные поверхности инструмента, царапают эти поверх­ности, действуя как микроскопические резцы. Наиболее сильно абра­зивный износ проявляется в том случае, когда твердость режущей части инструмента в процессе резания невелика.Термический износ

Этому износу больше всего подвергаются быстрорежущие инст­рументы. При температуре в зоне резания выше температуры красно­стойкости происходит термический износ.Окислительные процессыГипотеза окислительного изнашивания основывается на извест­ном факте коррозии твердых сплавов при нагреве их в среде кислоро­да и отсутствии изменения свойств поверхностных слоев сплавов при нагреве их в инертных газах (аргон, азот, гелий). Окисление может служип. как защитой интенсивного износа, так и причиной интенсив­ного износа; все зависит от того, какие образуются окислы. В ряде случаев окислы приводят к довольно сильному повышению стойко­сти инструмента. Хрупкий износ

Хрупкому износу подвергаются твердосплавные инструменты, алмазы, минералокерамика, керметы. Вследствие неравномерного строения, твердости, зернистости; вследствие вибраций в процессе резания часто происходит выкрашивание, осыпание лезвия. Хрупко­му износу может способствовать истирание связки. Он проявляется главным образом в зоне низких скоростей резания.

Адгезионный износАдгезия - схватывание (слипание, сваривание ).В процессе резания между инструментом и деталью имеются ус­ловия для образования адгезионного схватывания. Для этого необхо­димо, чтобы поверхности были ювенильно чистыми и были приведе­ны в очень плотный контакт, т.е. чтобы начали действовать межмоле­кулярные силы. Таким образом, силы адгезии возникают как резуль­тат межмолекулярного взаимодействия между твердыми телами.

Вследствие высоких контактных давлений в точках соприкосно­вения выступов фактических площадок контакта инструментов, ^стружки и поверхности резания, развиваются локальные пластиче­ские деформации с высокой температурой. В результате этого проис­ходит соприкосновение химически чистых участков обрабатываемого и инструментального материалов и их взаимное схватывание с образованием очагов мостиков схватывания. Разрушение происходит под поверхностью контакта в обрабатываемом металле детали, как менее прочном из материалов контактируемой пары. По мнению профессо­ра Зорена Н.Н., периодически повторяющиеся схватывание и разру­шение адгезионных соединений вызывают циклическое нагружение поверхностного слоя инструментального материала. По сравнению с обрабатываемым металлом материал режущей части инструмента яв­ляется более хрупким и указанный характер нагружения (т.е. цикли­ческий) приводит к его локальному разрушению. Вырванные с кон­тактных поверхностей инструмента объемы инструментального мате­риала уносятся стружкой, а на контактных поверхностях образуются кратеры и борозды. Масса инструментального материала, удаленного с контактных поверхностей инструмента на единицу пути резания, зависит от прочности и твердости обрабатываемого металла.

Адгезионный износ инструмента можно уменьшить, применяя жидкости, создающие на контактных поверхностях защитные пленки, уменьшающие силы адгезии и препятствующие схватыванию обраба­тываемого и инструментального материалов.Диффузионный износИсследования, проведенные проф. Лоладзе Т.Н., Казаковым Н.Ф., Талантовым Ы.В. и др. исследователями, показали, что интенсивность износа твердосплавного инструмента может происходить из-за вза­имной диффузии инструментального и обрабатываемого материалов, т.е. при высоких температурах (более 800°С) происходит диффузион­ное растворение инструментального материала в обрабатываемом. Исследования диффузии в твердых телах показал, что в металлах способны диффундировать те элементы, которые в них растворяются.

_L ^. компоненты твердого сплава диффундируют в обрабаты-

ваемый металл с различной скоростью.