Определение температурного поля в инструменте при прерывистом резании

 

Прерывистый процесс резания характеризуется наличием рабочих ходов длительностью t_p, которые чередуются с холостыми ходами длительностью t_х и в сумме определяют длительность цикла t_ц = t_p + t_х.

В период рабочего хода происходит нагрев инструмента, описываемый следующей зависимостью (для анализа теплового состояния лезвия инструмента с учетом времени при неустановившемся теплообмене в качестве основного показателя принимается температура его вершины при ψ = 0, ζ = 0, h = 0):

 

. (13.1)

 

В период холостого хода в отсутствии нагрева происходит охлаждение режущих кромок за счет отвода тепла из зоны резания вглубь лезвия. Процесс охлаждения в этом случае описывается следующим образом:

 

, (13.2)

 

где Q(∞ ), Т(∞ ) – абсолютная и безразмерная температуры при установившемся теплообмене.

Циклический процесс изменения во времени температуры лезвия инструмента при прерывистом резании аналитически может быть описан следующим образом:

, (13.3)

где

;

; ,

где w_о = w /l²; x_i - период времени, корректирующий начало отсчета температуры нагрева Т_н(i+1)(t_р+t_цi+x_i) в каждом последующем цикле с учетом охлаждения в предыдущем Т_оi (t_цi).

Для каждого цикла x_i рассчитывается численными методами как корень уравнения:

. (13.4)

 

Схема для расчета основных параметров процесса неустановившегося теплообмена представлена на рис. 13.1.

На протяжении первого рабочего хода t_p1 наблюдается рост температуры до точки 2 на кривой нагрева Т_Н, а затем на протяжении холостого хода t_x1 происходит охлаждение до точки 1′ на кривой охлаждения Т_О1. В следующем цикле нагрев в период рабочего хода t_p2 происходит от точки 1 до точки 4 на кривой нагрева Т_Н, в период холостого хода t_x2 происходит охлаждение до точки 3′ на кривой охлаждения Т_О2. Следующий цикл начинается в точке 3, нагрев на протяжении рабочего хода t_p3 происходит до точки 6 на кривой нагрева Т_Н, охлаждение после холостого хода t_x3 заканчивается в точке 5′ на кривой охлаждения Т_О3, потом процесс снова повторяется.

На рис. 13.2 представлены графики изменения во времени безразмерной температуры вершины лезвия торцовой фрезы Т при неустановившемся теплообмене.В первом цикле t_ц1 в течение первого рабочего хода t_p1 наблюдается резкий рост температуры в соответствии с кривой нагрева Т_Н1, а затем в течение холостого хода t_x1 - снижение температуры в соответствии с кривой охлаждения Т_О1. Во втором цикле t_ц2 в период рабочего хода происходит нагрев по кривой Т_Н2, в период холостого хода - охлаждение по кривой Т_О2. В последующих циклах t_ц нагрев и охлаждение повторяются, в некоторый момент времени они уравновешиваются, процесс может считаться установившимся и характеризоваться средней температурой Т_ср.

В том случае, когда при неизменной длительности цикла изменяется соотношение между длительностью рабочего и холостого ходов, достигаемый средний уровень температуры также изменяется. Как свидетельствуют графики, представленные на рис. 3 б), в сравнении с графиками на рис. 3 а) при неизменной длительности цикла с уменьшением длительности рабочего хода t_p в 2 раза, максимальный Т_Цmax и средний Т_Цср уровни температур снижаются почти на 20%.

С использованием указанной методики выполнены расчеты коэффициентов снижения уровня температур при прерывистом резании по сравнению с непрерывным К_Т для разных соотношений рабочих и холостых ходов, результаты которых приведены на рис. 13.3.

Рассмотрены следующие случаи циклической обработки:

- длительность рабочего хода постоянная t_p = cоnst, изменение длительности холостого хода характеризуется коэффициентом К_х = t_х / t_p (рис.13.3а);

- длительность холостого хода постоянная t_х = cоnst, изменение длительности рабочего хода характеризуется коэффициентом К_р = t_р / t_х (рис.13.3б);

- длительность цикла постоянная t_ц = cоnst, изменение длительности рабочего хода характеризуется коэффициентом К_ц = t_р / t_ц (рис. 13.3в).

На основании приведенных графиков может быть выполнена количественная оценка эффективности повышения длительности холостых ходов и уменьшения рабочих, что приводит существенного снижения уровня температуры режущего инструмента. Полученные результаты дают возможность прогнозировать изменение температуры в зависимости от соотношений рабочих и холостых ходов при прерывистом резании, а также управлять снижением температуры за счет выбора их рационального уровня.

 

2. Особенности определения температур при фрезеровании

Основные особенности фрезерования заключаются в следующем:

- влияния прерывистости процесса фрезерования в условиях неустановившегося теплообмена на температуру лезвия фрезы;

- влияния переменности параметров среза на тепловые процессы при фрезеровании;

- влияния на температуру лезвия фрезы нагрева детали под воздействием участвующих в работе предшествующих лезвий многолезвийного инструмента.

Для исследования влияния переменности параметров среза на тепловые процессы при фрезеровании рассмотрим схему, приведенную на рис. 13.4.

Для торцевого фрезерования длительность цикла t_ц, длительность рабочего хода t_p, длительность холостого хода t_х и расстояние между зубьями l_z определяются следующим образом:

, (13.5)

где n – частота вращения; B – ширина фрезерования, D – диаметр фрезы, z – число зубьев.

Особенностью процесса торцевого фрезерования является переменность во времени толщины среза а(t), обуславливающая переменность во времени длины контакта стружки с передней поверхностью лезвия l(t) и стружки с поверхностью детали в зоне деформации l _д(t):

, (13.6)

, (13.7)

, (13.8)

 

где s_z – подача на зуб фрезы; φ - главный угол в плане; k - коэффициент продольной усадки стружки; g - передний угол лезвия; Φ – угол сдвига.

В результате переменными во времени являются плотности тепловыделения на передней поверхности лезвия q(t) и на поверхности детали q_д(t):

 

, (13.9)

, (13.10)

 

где V - скорость резания; P_Z0 = P_z – F_тр - разность тангенциальной силы резания и силы трения по задней поверхности лезвия; P_N0= P_y – F_тр - разность нормальной составляющей силы резания и силы трения по передней поверхности лезвия; b = t/sinφ - ширина среза: t - глубина резания; K_q – коэффициент, учитывающий долю теплоты деформации, поступающую в деталь: .

В случае симметричного фрезерования максимальное значение толщины среза имеет место в момент времени, равный середине рабочего хода t_p/2: a_max(t_p/2) = s_zsin φ , что определяет соответственно и максимальные значения l_max(t_p/2), l_{д max}(t_p/2), q(t_p/2) и q_д(t_p/2). На основании выполненного анализа средняя температура вершины лезвия фрезы может быть рассчитана следующим образом:

. (13.11)

 

Особенностью процесса фрезерования является влияние на температуру лезвия фрезы нагрева детали под воздействием участвующих в работе предшествующих зубьев многолезвийного инструмента.

Повышение температуры каждого лезвия фрезы вследствие нагрева детали предшествующим зубом определяется следующим образом:

 

, (13.12)

 

где l_z - расстояние между зубьями фрезы.

Коэффициент для расчета температуры вершины лезвия фрезы, учитывающий нагрев детали предшествующими зубьями К_д, исходя из условия равенства температур на вершине лезвия и контактирующей с ней точкой детали, может быть рассчитан следующим образом:

 

. (13.13)

 

Значения указанного коэффициента К_д в зависимости от соотношения l_z/l_д могут быть определены с использованием графика, пред-ставленного на рис. 13.5.

Графики изменения температуры Θ ₂ вершины лезвия торцовой фрезы в сравнении с температурой Θ ₁ при непрерывном резании приведены на рис. 13.6.

Пример расчета и построения графиков выполнен для фрезерования стали 45 торцовой фрезой, оснащенной твердым сплавом Т15К6 (коэффициент температуропроводности w_и = 0, 100∙ 10^-4 м²/с), для условий обработки: ширина фрезерования B =180мм, диаметр фрезы D = 200мм, число зубьев z = 10, частота вращения n = 160об/мин, скорость резания V = 100м/мин, толщина среза а = 0, 5мм, ширина среза b = 2мм, что обеспечивает длительность цикла t_ц = 0, 37с, длительность рабочего хода t_p =0, 13с, длительность холостого хода t_х = 0, 24с и расстояние между зубьями l_z = 63мм; плотность тепловыделения q = 6· 10⁷, коэффициент К_д = 1, 064 для l_z/l_д = 61; x = 0, 133с; безразмерную среднюю температуру Т_{ср вер} = 2, 75.

На основании выполненных расчетов установлено, что для заданных условий средняя температура вершины лезвия при установившемся режиме торцевого фрезерования составляет Θ _{ср вер} = 513^оС, а ее минимальное и максимальное значения равны соответственно Θ _{min вер} = 483^оС и Θ _{max вер} = 532^оС, что значительно ниже температуры при непрерывном резании Θ ₁. Для аналогичных условий при непрерывном резании в условиях установившегося теплообмена (F_о > 100) достигается уровень безразмерной температуры Т_вер = 3, 17, температуры вершины лезвия Θ _вер = 592^оС.

АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ

 

Лекция 14. Определение тепловых потоков и температур при шлифовании

1. Схематизация процесса плоского шлифования

2. Определение плотности тепловых потоков и температур в детали

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A. Оказание помощи при различных травмах и повреждениях.
2. A. особая форма восприятия и познания другого человека, основанная на формировании по отношению к нему устойчивого позитивного чувства
3. B. Принципы единогласия и компенсации
4. Cочетания кнопок при наборе текста
5. D-технология построения чертежа. Типовые объемные тела: призма, цилиндр, конус, сфера, тор, клин. Построение тел выдавливанием и вращением. Разрезы, сечения.
6. EP 3302 Экономика предприятия
7. Exercise 5: Образуйте сравнительные степени прилагательных.
8. H. Приглаживание волос, одергивание одежды и другие подобные жесты
9. I-1. Определение объёма гранта
10. I. «Движение при закрытой автоблокировке (по путевой записке).
11. I. Если глагол в главном предложении имеет форму настоящего или будущего времени, то в придаточном предложении может употребляться любое время, которое требуется по смыслу.
12. I. Запоры — основная причина стресса