Влияние различных факторов на температуру резания

Влияние скорости резания. Оценивая влияние различных факторов на температуру резания, следует учитывать изменение условий подвода и отвода теплоты в этой зоне. Другими словами, можно сказать, что на температуру резания оказывают влияние те же факторы, что и на изменение теплового баланса. Рассмотрим, как будет изменяться температура резания в зависимости от скорости резания, ширины и толщины среза, физико - механических свойств обрабатываемого материала и других факторов.

С увеличением скорости резания возрастает количество теплоты, выделяющейся в зоне резания, а также температура нагрева детали, стружки и инструмента. Однако рост температуры в зоне резания отстает от роста скорости резания. Это отставание особенно усиливается в зоне высоких скоростей, что видно на отдельных участках кривой, представленной на рис. 1. Кривую можно разбить на отдельные участки и получить простые зависимости вида

q = С _{q v} v ^a,

где С _{q v} - коэффициент, учитывающий влияние на температуру резания всех остальных факторов, кроме скорости резания; a - показатель степени, указывающий интенсивность влияния скорости резания на повышение температуры резания 0. Обычно a < 1 (например, при обработке стали со скоростями резания v = 10...20 м/мин a = 0,5; при v = 25...45 м/мин a = 0,4; при v = 45...180 м/мин a = 0,2).

Рис. 1. Зависимость температуры от скорости резания

Температура в зоне резания при тяжелых условиях работы может достигать 1000... 1100 °С. С увеличением v растет мощность резания N = P_zv и, следовательно, количество выделяемой теплоты. Но непосредственно в резец переходит очень небольшое ее количество, а основное - уносится стружкой. Поэтому, хотя с увеличением скорости резания температура резания повышается, этот рост все время замедляется. Кроме того, допущение о том, что N = P_zv изменяется пропорционально и, не совсем правильно, так как по мере увеличения и сила резания Р _z уменьшается. Унос теплоты стружкой тоже растет с повышением скорости резания, поэтому нет прямой зависимости изменения температуры резания q от v.

Влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала. На силы резания, а следовательно, на работу резания и количество выделяющейся теплоты, а также на условия теплоотвода оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала. На температуру резания 0 они влияют так же, как и на силу резания Р _z, т.е. имеется тенденция к увеличению q с повышением прочности, твердости и пластичности обрабатываемого материала. Большое воздействие на температуру резания оказывают теплопроводность обрабатываемого материала и характер его микроструктуры. Чем выше теплопроводность обрабатываемого материала, тем ниже q, так как отвод теплоты от места ее выделения в стружку и деталь более интенсивен. Кроме того, при обработке сталей со структурой зернистого перлита сила и температура резания значительно выше, чем при обработке сталей со структурой пластинчатого перлита. Это объясняется тем, что пластичность структуры зернистого перлита гораздо выше, чем пластинчатого.

В настоящее время довольно широко применяются жаропрочные, нержавеющие и другие труднообрабатываемые стали с высоким содержанием таких легирующих элементов, как Cr, Ni, W, Mn и др. Эти стали имеют аустенитную структуру и отличаются низкой теплопроводностью. При обработке таких сталей температура резания значительно выше, чем при обработке обычных сталей перлитного класса. Еще меньше теплопроводность титановых сплавов, поэтому температура q при обработке их очень высокая.

Влияние элементов сечения среза. С увеличением ширины среза b прямо пропорционально растут сила, работа резания и количество выделяющейся теплоты. Во столько же раз увеличивается и длина активной части режущей кромки (рис. 2), а соответственно и отвод теплоты. Поэтому с увеличением b температура резания изменяется незначительно. Экспериментально установлена зависимость

q = C _{q b} b ^b

где C _{q b}- коэффициент, учитывающий влияние на температуру резания всех остальных факторов, кроме ширины среза; b - показатель степени, учитывающий влияние ширины среза на повышение 0 (обычно b » 0,1).

Рис.2. Длина активной части режущей кромки резца при различной ширине среза

В зависимости от толщины срезаемого слоя а сила Р _z увеличивается примерно в степени 0,75. Так же увеличиваются работа резания и количество выделяемой теплоты. Одновременно растет, хотя и в меньшей степени, площадь контакта стружки с передней поверхностью резца. Это несколько улучшает условия отвода теплоты, поэтому увеличение температуры отстает от роста толщины среза:

q = C _{q a} b ^g,

где g = 0,2...0,3.

Влияние геометрических параметров инструмента. С изменением переднего угла инструмента изменяются условия подвода и отвода теплоты, а следовательно, и температура резания. С увеличением угла g уменьшается сила, а значит, работа резания и количество выделившейся теплоты. Однако при этом ухудшаются условия ее отвода, так как уменьшается угол заострения b, т.е. массивность головки резца. Поэтому существует некоторый оптимальный угол g, при котором уменьшаются силы резания и количество выделившейся теплоты. С увеличением у выше оптимального уменьшается массивность головки резца, ухудшаются условия теплоотвода, растет температура резания (рис. 3). Аналогично влияет на температуру задний угол.

Рис. 3. Зависимость температуры резания от переднего угла инструмента

Рис. 4. Зависимость температуры резания от главного угла инструмента в плане

С уменьшением главного угла в плане j увеличивается угол при вершине s, что приводит к возрастанию массы головки резца и улучшению теплоотвода, а следовательно, к уменьшению q, и наоборот (рис. 4).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: