Процесс
резания металлов сопровождается значительным тепловыделением в результате того,
что механическая работа резания переходит в тепловую энергию. Основными
источниками возникновения тепла в зоне резания являются:
1.
внутреннее трение между частицами срезаемого слоя в результате его
пластической деформации при образовании стружки
2.
трение стружки о переднюю поверхность инструмента ;
3.
трение поверхности резания и обработанной поверхности по задним
поверхностям инструмента ().
Схема
расположения источников тепла в зоне резания представлена на рис.7.1.
Рис.7.1. Источники тепла в зоне резании.
Наиболее
интенсивное выделение тепла происходит в области стружкообразования,
прилегающей к плоскости скалывания 1—1 в этой области теплота выделяется в
результате двух одновременно протекающих процессов: во-первых, в результате
пластической деформации сдвига элементов образующейся стружки по плоскости
скалывания; во-вторых, в результате пластической деформации сжатия и частично
пластической деформации смятия тонкого слоя металла примыкающего к плоскости
скалывания со стороны срезаемого слоя припуска. Этот слой показан на рис.7.2. и
выделен штриховкой.
Рис.7.2. Слой упруго-пластической деформации впереди зоны
стружкообразования, перед плоскостью скалывания 1-1
Упругая
деформация всегда предшествует пластической деформации и потому имеет место и
при пластической деформации срезаемого слоя при резании металлов. Пластическая
деформация в этом слое обнаруживается путем измерения микротвердости и
существует по той же причине, что и деформация материала под поверхностью
резания и под обработанной поверхностью. Возможно количество тепла,
выделяющегося в результате упругой деформации невелико, но предполагать
вероятность этого процесса и учитывать его существование необходимо.
Общее
количество выделяющегося при резании тепла равно сумме тепла, выделевшегося во
всех перечисленных выше источниках:
Тепло,
образующееся в процессе резания, не аккумулируется в местах его образования, а
распространяется от точек с более высокой температурой к точкам с низкой
температурой. Из зоны резания тепло уносится со стружкой (q1),
передается в заготовку (q2) и инструмент (q3) и
распространяется в окружающую среду (q4).Тепловой баланс процесса
резания может быть выражен уравнением:
Q1 + Q2 + Q3
= q1 + q2 + q3 + q4
Соотношение
количества тепла, отводимого со стружкой в деталь, в инструмент и окружающую
среду, зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима
резания, геометрии режущего инструмента и внешних условий, в которых
осуществляется резание.
Рис.7.3. Зависимость образования и распределения теплоты, от
скорости резания.
В начале
обработки температура в зоне резания растет до какого-то определенного значения
и устанавливается постоянной, соответствующей стационарному тепловому режиму,
при котором выделение тепла равняется отводу его по перечисленным направлениям.
Для практических целей наибольший интерес представляет температура рабочей
части инструмента и обрабатываемой заготовки. Тепло, переходящее в заготовку,
увеличивает ее температуру и вызывает температурное изменение ее размеров и
коробление, подчас являющееся причинами брака.
Теплота,
переходящая в инструмент, при всей своей относительной незначительности,
концентрируясь в малых объемах материала инструмента, вызывает сильный разогрев
его в этих объемах и снижение режущих свойств и износоустойчивости инструмента.
С увеличением скорости резания доля тепла, переходящего в инструмент,
уменьшается, но абсолютное его количество возрастает и температура в зоне
резания увеличивается до значений, близких к температуре красностойкости
металла инструмента.
|