TERMREZ (728995), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

² См.: Термические явления при сверхскоростном резании металлов. Труды ГИСХ, XIV, Сухуми, 1970 г.

Влияние геометрии резца на температуру резания. Как известно, с увеличением угла резания увеличивается сила резания, следовательно, должны повышаться количество образующейся теплоты и температура резания. Отвод тепла в данном случае также будет усиливаться с увеличением угла клина (угла заострения), но в меньшей степени, чем теплообразование, и в результате температура будет расти.

Величина угла в плане также влияет на температуру резания. С уменьшением угла несколько увеличивается нагрузка на резец и, казалось бы, нагрев его должен усиливаться. Однако
на самом деле получается обратное: с уменьшением угла удлиняется режущая кромка, увеличивается угол при вершине и как следствие значительно улучшается теплоотвод.

В заключение надо отметить заметное влияние на температуру резания смазочно-охлаждающих жидкостей. При этом падение температуры вызвано как охлаждающим эффектом, так и уменьшением трения в процессе резания.

Путем математической обработки опытных графиков А М. Даниелян вывел общую формулу зависимости температуры резания от различных факторов при нормальной обработке стали
быстрорежущим резцом

.

Здесь ; г — радиус закругления вершины резца; F — площадь поперечного сечения резца; — постоянная, зависящая от обрабатываемого материала и инструмента, или в упрощенном виде для стали ( = 77 кгс/мм², = 22%)

и для чугуна (приблизительно)

.

4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ

Среди многочисленных методов измерения температуры резания можно выделить две группы.

К первой группе относятся методы, с помощью которых измеряется средняя температура стружки, а также определенных участков изделия или резца: калориметрический метод; метод
цветов побежалости; метод термокрасок.

Ко второй группе принадлежат методы, которыми измеряются температура узкоограниченных участков зоны резания или резца, например: метод термопар; оптический и радиационный методы.

Калориметрический мет од, впервые примененный в лаборатории ЛПИ, иногда используется и в настоящее время. В этом случае температура стружки рассчитывалась по
формуле

где — температура стружки; — вес воды; — вес стружки; — начальная температура воды; — температура смеси (воды и стружки); — теплоемкость стружки.

Этот метод может дать только среднюю температуру стружки и, следовательно, непригоден для исследования температуры на разных участках стружки и инструмента. Им иногда пользовались для подсчета силы резания; при этом количество теплоты делилось на механический эквивалент теплоты и определялась работа.

Простой метод определения температуры по цветам побежалости не требует каких-либо приспособлений. Цвета побежалости появляются в результате образования тончайших пленок окислов на нагретой стружке; их цвета зависят от степени нагрева стружки.

Цвета побежалости и соответствующие им температуры (в °С):

Чуть желтый 200
Светло-желтый 220
Темно-желтый 240
Пурпуровый 270

Темно-синий .... 290
Светло-синий . . 320
Синевато-серый . 350
Светло-серый,

переходящий в белый .... 400

Считают, что при наличии некоторого опыта по цветам побежалости стружки нелегированной стали можно определить температуру с точностью ±5°, т. е. около 2%. Однако в действительности этот метод дает значительно большую погрешность, доходящую иногда, как показали опыты Б. Т. Прушкова, даже до 20—30% в зависимости от толщины среза, времени работы и др. Столь большие отклонения вызваны тем, что цвета побежалости выражают лишь температуру поверхности стружки, определяющую толщину пленки окисла, а тем самым и ее цвет. Цвет побежалости меняется в зависимости не только от температуры, но и от продолжительности действия тепла. При охлаждении стружки смазочно-охлаждающими жидкостями цвета побежалости
могут совсем исчезнуть, между тем как стружка сохраняет на поверхности контакта с резцом высокую температуру.

Неточным является и метод термокрасок, когда для выявления температуры пользуются свойством специальных красок менять цвет при определенных температурах. Например,
при 155° С цвет из пурпурного переходит в голубой, при 190° С из белого — в зелено-коричневый, при 255° С из зеленого — в темно-коричневый, при 305° С из желтого — в красно-коричневый, при 440° С из фиолетового — в белый.

При пользовании этим методом краска смешивается с алкоголями и наносится ровным слоем на грани исследуемых резцов. Некоторая погрешность в данном случае заключается в том, что
оттенок переходящих красок меняется в зависимости от продолжительности действия тепла.

Один из наиболее точных и в то же время относительно простой способ — измерение температуры резца с помощью термопары, впервые примененной Я. Г. Усачевым. Как известно, при нагреве места спая проволок из двух разнородных металлов, например железо — константан, медь — константан, платина — иридий и т. д., в нем образуются заряды противоположных знаков. Если свободные концы проволок соединить, то в цепи возникает термоток, электродвижущая сила которого пропорциональна разности температур места спая и холодных концов проволок.

Рис. 8. Термопара Я. Г. Усачева

Величину электродвижущей силы или напряжения можно измерять с помощью гальванометра или милливольтметра. Для перевода величины электродвижущей силы в градусы термопару
необходимо тарировать. На рис. 8, а показана термопара Я. Г. Усачева. Здесь спай двух различных металлических проволок, изолированных слюдой или стеклянной трубкой, вставлен в канал, просверленный в резце снизу. Дно этого канала располагают возможно ближе к передней грани и режущей кромке резца, чтобы измерить температуру возможно ближе к источникам теплоты. Недостатки этого способа: удаленность спая термопары от участка максимальной температуры и необходимость поддерживать постоянным давление между спаем и дном отверстия.

Более удачной оказалась другая термопара (рис. 8, б), в которой проволока, например константановая, также изолированная от стенок канала, расклепывается на задней грани резца возможно ближе к режущей кромке. Здесь термопарой являются проволока и материал самого резца. С помощью такой термопары Я. Г. Усачев провел ряд температурных исследований с достаточной точностью. Ею воспользовался ряд наших исследователей при определении температурного поля резца. Для этого в головке резца просверливалось вдоль главной и вспомогательной режущих кромок определенное количество отверстий, куда вставлялись термопары. К головке резца сверху прикреплялась тонкая пластина (толщиной примерно 2 мм), служившая передней поверхностью резца. На рис. 9 показано температурное поле передней поверхности, полученное А. М. Даниеляном при обработке стали со скоростью v = 38 м/мин, t = 2 мм; s = 0,54 мм/об.

Этот способ измерения имеет свои недостатки; измеряется температура на одном ограниченном участке и, к тому же несколько удаленном от основных источников теплообразования; необходимо иметь специальные резцы; недолговечность резцов,
так как после одной-двух переточек термопара разрушается.

Рис. 9. Температурное поле на передней поверхности резца Рис. 10. Схема естественной термопары

В настоящее время температурные исследования производятся с помощью, так называемой естественной термопары, состоящей из самого изделия и режущего инструмента (рис. 10). В процессе резания в месте контакта разнородных материалов изделия и резца вследствие нагрева возникает электродвижущая сила. Термоток в этом случае направляется по обрабатываемой детали 1 через медное кольцо 2, а затем через ртуть в ванне 3, служащей для контакта вращающегося кольца 2 с проволокой 4. При этом милливольтметр покажет напряжение термотока, по которому можно судить о температуре резания. Обрабатываемое изделие изолировано от патрона и заднего центра, а резец от суппорта — при помощи прокладок.

В практике этот метод измерения был значительно упрощен тем, что отказались от изолирования обрабатываемого изделия от станка. Контактирование через кольцо и ртуть, как показано на рис. 10, а также изолирование заднего центра от изделия были продиктованы желанием освободиться от второй дополнительной термопары, получающейся в месте контакта заднего центра и изделия; казалось бы, при этом дополнительный термоток должен нарушить правильность показаний основной термопары. Но в действительности роль второй термопары оказалась ничтожной вследствие слабого разогревания заднего центра по сравнению с резцом, и поэтому практически стало вполне возможным работать и без изоляции заднего центра (рис. 11). Это значительно упростило все устройство, освободив его от дополнительных приспособлений, так как теперь второй провод присоединялся к любой точке станка.

В этом виде метод естественной термопары был бы вполне пригоден для применения, если бы не сложность тарирования подобного устройства, заключающаяся в том, что для каждого обрабатываемого материала и резца необходимо строить свою тарировочную кривую зависимости между температурой и показаниями милливольтметра. Для этого применяют различные методы тарирования.

Рис. 11. Упрощенная схема естественной термопары

Наиболее простой из них состоит в следующем: в ванну с расплавленным оловом (или алюминием для тарировки выше 600° С) погружаются сливная стружка, снятая с обрабатываемой детали, и резец. Стружка и резец соединяются проволоками с гальванометром. При нагреве ванны (например, в электропечи) температура ее регистрируется контрольной термопарой, и одновременно записываются показания гальванометра. В дальнейшем оказалось, что при тарировании вместо стружки можно использовать брусок обрабатываемого материала.

В действительности условия нагрева в процессе резания отличаются от условий тарирования, поскольку в обоих случаях не обеспечиваются одинаковые площади контакта обрабатываемого металла с резцом. К тому же при тарировании измеряется постоянная температура контакта образца и инструмента, между тем как на площади контакта стружки и передней поверхности инструмента в процессе резания развивается температура различной напряженности в разных точках контакта и естественная термопара измеряет некоторую усредненную температуру.

Характеристики

Список файлов реферата