TERMREZ (728995), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

100 200 300 100 200 500
Скорость резания v, м/мин Скорость резания v, м/мин

Рис. 3. Изменение составляющих температур резания при обработке стали: а — для

минералокерамического резца; б — для твердосплавного резца; сталь ОХН4М; t = 2 мм;

s = 0,14 мм/об; = 10°

заднего угла и угла в плане положение меняется. В этом случае с увеличением силы трения заметно растут работа и теплота трения по задней поверхности резца, и поэтому температура детали повышается с увеличением скорости резания v. На рис. 4 показано изменение температуры детали при фрезеровании резьбы вращающимся резцом (вихревое нарезание). Замечаем неизменное повышение температуры детали по мере затупления резца. Вместе с тем температура обрабатываемой детали уменьшается с увеличением подачи s. Это вполне закономерно, так как с увеличением s сила трения на задней поверхности резца остается почти неизменной, но при определенной длине детали сокращается относительный путь резца (время обработки) и, следовательно, уменьшается работа силы резания.

Сложнее обстоит дело с температурным полем резца. Можно было бы предполагать, что наибольшая температура должна быть вблизи режущей кромки, так как здесь располагаются основные источники теплоты На рис. 5 схематично представлено температурное поле стружки и резца, составленное Н. И. Резниковым по опытным данным других исследователей. Линии постоянных температур т ... т (изотермы) в стружке расположены параллельно поверхности сдвига (ориентировочно), а у резца почти концентрично вокруг режущей кромки. В этом случае согласно теории теплопроводности тепловые потоки должны быть направлены нормально изотермам; в схеме они показаны соответствующими кривыми со стрелками: п — в деталь; п' — в стружку; k — в резец.

Наиболее высокие температуры наблюдаются вблизи режущей кромки и в зоне нароста В действительности положение более сложное, так как температура резания зависит и от длины кон-
такта поверхности резания и стружки по задней и передней поверхностям инструмента. Чем
меньше длина контакта на задней поверхности, тем ниже среднее значение температуры
резания и тем ближе к режущей кромке располагается ее максимум. С уменьшением длины контакта стружки с передней поверхностью средняя температура также снижается, но максимум температуры удаляется от режущей кромки. При скоростной обработке температура в зоне резания доходит до 800° С, а на поверхности трения по передней грани достигает даже 1200° С
и выше. Низкая теплопроводность твердых сплавов и особенно минералокерамики является

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Износ по задней грани h₃, мм

Рис. 4 Температура обрабатываемой детали при резании вращающимся резцом в зависимости от подачи s и износа резца

причиной того, что теплота резания сосредоточивается в передней части резца, прилегающей к его вершине, что способствует ее пластической деформации. При этом режущие способности инструмента сохраняются ввиду его значительной красностойкости. Однако очень высокий температурный градиент, свойственный минералокерамическому резцу, способствует тепловому
удару, разрушающему режущую кромку инструмента.

Любопытно, что нагрев державки с малотеплопроводной режущей пластиной из твердого сплава и особенно минералокерамики происходит не только посредством контактной передачи
тепла от пластины к державке, но и в значительной степени через лучеиспускание от стружки и поверхности резания, перемещающихся мимо резца и передающих ему часть теплоты. Это имеет
существенное значение для стойкости режущего инструмента и точности обработки детали, зависящей от температурной деформации резца.

На рис. 6 показаны кривые температурного удлинения минералокерамического резца при обработке стали ОХН4М. Можно заметить значительное уменьшение деформации резца

Рис. 5 Температурное поле в зоне резания и резца.

5 10 15 20
Продолжительность работы резца Т, мин

Рис, 6 Кривые температурного удлинения минералокерамического резца:

1 — l = 1,5 мм, 2 — l = 3 мм, 3 — стружка отводилась от резца
или задние грани державки изолировались

с удалением режущей кромки от державки резца или при изоляции задней поверхности резца.

Эффект лучеиспускания в большой степени зависит от способности тела поглощать тепловые лучи. Например, абсолютно черное тело поглощает все падающее на него тепло — условный коэффициент = 1:

Значения для различных тел

Чугун шероховатый, сильно окисленный ……….0,94
Железо матовое окисленное ……………………...0,96
Железо блестящее отполированное………………0,29
Медь полированная…………………………….0,13—0,17

Медь прокатанная………………………………….0,64
Медь шероховатая…………………………………0,76
Серебро……………………………………………..0,03

Сажа, уголь…………………………………………0,95

Эти данные представляют значительный интерес, так как показывают большую роль блестяще обработанных граней, режущего инструмента в отношении его стойкости и качества обработанной поверхности.

При весьма низкой температуре всего изделия и больших скоростях резания тонкий слой его обработанной поверхности может иметь достаточно высокую температуру, способную изменить структуру этого слоя. Поэтому, назначая режим резания, необходимо учитывать последующую чистовую обработку, при которой будет удален поврежденный слой детали.

Теоретический расчет температуры резания встречает значительные трудности, так как в соответствующих расчетных формулах независимые переменные являются в действительности
взаимозависимыми параметрами. Так, теплоемкость С увеличивается, а теплопроводность уменьшается с возрастанием температуры. Длина контакта стружки и резца уменьшается
с увеличением скорости резания, но заметно растет по мере износа резца и образования лунки на передней поверхности резца.

Значения постоянных коэффициентов также изменяются в зависимости от различных факторов. К этому надо добавить, что температура резания зависит и от вида процесса
резания: при несвободном резании резец нагревается больше, чем при свободном резании. Поэтому для расчета температуры резания чаще пользуются эмпирическими формулами, показывающими закономерности изменения температуры резания в зависимости от различных факторов и справедливыми в определенных границах и условиях.

3. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЗАНИЯ
ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ

Как уже отмечено, температура резания растет менее интенсивно, чем скорость. По мере нагрева резца разность температур стружки и резца падает, а поэтому интенсивность передачи теплоты от стружки резцу уменьшается. Следовательно, с увеличением скорости резания v температура резца значительно поднимается, но в меньшей степени, чем скорость. Современные экспериментальные исследования процесса резания высокопрочных сталей с ультравысокими скоростями (до 72 000 м/мин), когда процесс происходил адиабатически (без теплообмена),

Рис. 7. Влияние скорости резания на температуру резания Ст.3:

1 — а = 0,5 мм; l = 4 мм; 2 — а = 0,2 мм

показали температуру в зоне резания на уровне 30—65° С, вполне допустимом стойкостью быстрорежущего резца¹. Надо полагать, что кривые 9—v с повышением скорости резания будут приближаться к уровню температуры плавления обрабатываемого материала, а затем снижаться с дальнейшим повышением скорости (рис. 7). Последние графики получены по опытным данным Д. X. Касрадзе² при резании Ст.3 при v = 1000-60 000 м/мин. Подобное явление сопровождается резким снижением сил резания и значительным охрупчиванием металла в зоне резания. Этот процесс способствует быстрому отрыву стружки при полном отсутствии пластической деформации (усадки) стружки. Наблюдающаяся отрицательная усадка (удлинение стружки) могла быть вызвана центробежными силами при весьма больших скоростях.

Влияние глубины резания и подачи. Не трудно предугадать зависимость между глубиной резания t, подачей s и температурой, если рассмотреть изменение прироста и отвода теплоты на резце с изменением t и s. С увеличением подачи возрастает давление стружки на резец, а вместе с ним и работа деформации. Но при этом, как известно, усадка стружки уменьшается и, следовательно, работа деформации, приходящаяся на 1 мм³ стружки, также уменьшается. К тому же трение на задней поверхности инструмента с увеличением подачи мало изменяется. Поэтому количество теплоты, образующейся в стружке, будет увеличиваться в меньшей степени сравнительно с увеличением подачи. В то же время с утолщением стружки отвод теплоты улучшается, т.к. площадь контакта стружки с резцом расширяется. В результате температура резания повышается с увеличением подачи, но в меньшей степени, чем при повышении скорости.

Еще меньше влияет на температуру резания глубина резания, т.к. нагрузка на единицу длины режущей кромки не изменяется: с увеличением глубины резания при постоянном угле в плане пропорционально увеличивается длина работающей и режущей кромки, почти в такой же степени усиливается теплоотвод от нее и, следовательно, на единицу длины режущей кромки увеличение притока теплоты будет весьма незначительным; в результате температура мало изменится с увеличением глубины резания.

Влияние материала резца и обрабатываемого материала на температуру резания. Естественно ожидать, что при резании хрупких металлов, например чугуна, когда работа пластической деформации весьма мала и удельные силы резания незначительны, температура резания заметно ниже, чем при обработке стали. Давление чугунной стружки сосредотачивается непосредственно на режущей кромке или вблизи нее, но это весьма неблагоприятное обстоятельство влияет больше на абразивно-механический износ режущей кромки, чем на температуру резания.

Само собой разумеется, что нагрев инструмента зависит от теплоемкости и особенно от теплопроводности материала изделия и самого инструмента. Например, при обработке цветных металлов температура резания должна быть сравнительно низкой не только из-за малой нагрузки, но и вследствие большой теплопроводности цветных металлов. И, наоборот, при резании жаропрочных сталей и сплавов, обладающих низкой теплопроводности, значительно повышается

температура резания (в два – три раза) сравнительно с конструкционными сталями. То же можно сказать относительно инструмента: чем ниже теплопроводность, тем выше температура его режущей кромки.

По этой причине температура резания при работе твердосплавными резцами получается более низкой по сравнению с минералокерамическими (рис. 3). То же самое можно сказать и о влиянии резца на температуру резания. Последняя уменьшается с увеличением площади поперечного сечения резца.

¹ Более того, оказывается возможным работать резцами из цветных металлов, поскольку

при v = 27 000—36 000 м/мин силы резания резко снижались.

Характеристики

Список файлов реферата