granovskij_rm (831076), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Выделяющаяся при скольжении теплота нагревает прирезцовые слои стружки по мере ее продвижения от вершины рсэпв и изотерма с максимальной температурой (575 'С) удалена от вершины резца на расстояние ж0,5 ... 1,5 мм и отстоит на расстоянии го0,08 мм от опорной поверхности. В зоне контакта стружки с инструментом температура в поперечном сечении стружки персменна и убывает в направлении от при резцовых слоев Рис 8.11. Иэнерение тенпературы э срещеной стружке с понощью попуискусстванных тернопар Рис.
8.12. Тенпературное попе э стружке (по реэупьтатан эксперимента) стружки к ее внешней свободной поверхности. После того как стружка теряет контакт с лезвием резца и продолжает движение в воздухе, теплота распространяется с более нагретых в менее нагретые части стружки до тех пор, пока температура не выравняется по всему сечению. Прн резании сталей с большими подачами и скоростями резания иногда можно наблюдать, что образующаяся в зоне резания стружка имеет присущий металлу серый цвет, а затем, двигаясь в воздухе, на некотором расстоянии от лезвия она становится красной.
Далее, отдавая в окружающую среду накопленную теплоту, стружка темнеет и постепенно охлаждается до комнатной температуры. Задержка свечения стружки вызвана возникновением в ней в момент се образования в зоне резания температурного поля с большими температурными градиентами. Прогрев по толщине занимает некоторое время и видимое свечение становится заметным на некотором расстоянии от зоны резания. Температура поверхности стружки в этот момент составляет 600... 750 "С. При резании сталей с малыми подачами и большими скоростями в зоне резания устанавливается напряженный тепловой баланс. В стружке накапливается относительно большое количество теплоты, которая еще в зоне резания нагревает тонкую стружку до высоких температур, отчего она в непосрелственной близости от плоскости скалывания нагревается до светло-оранжевого свечения, свидетельствующего о том, что ее поверхность имеет температуру 8ж900 ...
1000'С. Сойдя с лезвия резца и двигаясь в воздухе, горячая тонкая стружка сразу начинает отдавать теплоту в окружающую среду. Когда температура стружки понизится до 600'С, она перестает светиться и приобретае'г обычный для стальной стружки цвет. Исследуя теплофизичсские явления в процессе резания металлов, проф.А. Н. Резников предложил для аналитического расчета температур в зоне резания теоретически выведенные им уравнения. На рис. 8.13 приведено температурное поле в стружке, построенное А. Н.
Резинковым по результатам аналитического расчета, выполненного для случая резания стали марки ШХ15 резцом, оснащенным пластинкой твердого сплава марки Т14К8 со скоростью резания и = 80 м/мин, подачей 5 =0,5 мм/об, глубиной резания г = 4„! мм без охлаждения. Сравнивая построенные экспериментальным и теоретическим методами для различных условий резания температурные поля (см. рнс. 8.12 и 8ЛЗ), можно установить, что, несмотря на разницу в значениях температур, в характере распределения температурных полей стружек наблюдаются общие черты распределения температур по толщине стружки.
Температура срезаемой стружки особого практического интереса не представляет, пока она сохраняет жесткость, прочность и исходную форму, приобретенную в процессе своего образования. Эти свойства 6№ 500' 000' Рнс. 8.1Э. Расчетное танпературное папа в стружке стружка сохраняет до температуры нагрева 0 ( 700 'С. Нагрев се до более высоких температур приводит к размягчению металла стружки и потери нм необходимой жесткости и прочности. При температуре 0 ) 800 'С металл размягчается настолько, что начинает вести себя подобно вязкой жидкости, в результате чего стружка начинает оседать под тяжестью собственного веса на резце и прилегающей части суппорта станка. Оседающий нагретый металл стружки накапливается в растущий по размерам раскаленный комок, и если его принудительно не удалить, при осты- ванин он приваривается к резцу и суппорту станка, создавая аварийную ситуацию.
Поэтому практические режимы резания должны быть выбраны такими, чтобы температура срезаемой стружки была не более 900'С. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ В ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ЗАГОТОВКЕ. Как было изложено вылив, в обрабатываемую заготовку отводится относительно малое количество теплоты. С увеличением скорости резания поток теплоты в заготовку возрастает от 2 до 8 % расходной части теплового баланса. Это количество теплоты, проникая в металл заготовки, приводит 116 117 к образованию перемещающегося по поверхности заготовки температурного поля. «Бегущее» температурное поле распространяется на локальный поверхностный слой металла заготовки, непосредственно примыкающий к зоне резания.
Непосредственное измерение темпера- Рис. 8.14. Расчетное температурное поле в обрабатываемой заготовке туры в этом «бегущем» по поверхности обрабатываемой заготовки температурном поле весьма затруднительно, н поэтому для определения температурных градиентов поля используют расчетные методы. На рис. 8.14 приведено такое температурное поле, полученное А.
Н. Резниковым с помощью предложенного им для этой цели уравнения. Построение изотерм этги.о поля произведено, как и для рассмотренного выше случая обработки стали ШХ15, резцом с твердосплавной пластинкой Т14К8 при тех же режимных параметрах. Расположение изотерм показывает, что расчетная температура во вновь сформировавшемся поверхностном слое заготовки сразу после прохождения режущего лезвия составляет 2%'С, а по мере углубления внутрь заготовки она быстро падает до 30'С. Теплота, проникающая в обрабатываемую заготовку, приводит к повышению ее температуры. В обычных условиях обработки заготовок резанием это повышение температуры практически не влияет на рекомендуемые режимы резания.
Однако возрастание температуры приводит к тепловому расширению заготовки. Размеры обработанной в нагретом состоянии заготовки после ее остывания до комнатной температуры могут оказаться ниже допускаемых. Поэтому при разра- ботке технологических процессов изготовления резанием прецизионных деталей необходимо учитывать их нагрев при обработке. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ В ИНСТРУМЕНТЕ. При резании с малыми скоростями через контактные поверхности Рис.
8.1$. Расчетное температурное поле в норнальнон сечении резца лезвия в материал режущей части резца проникает до 5%, а при больших скоростях до 2% общего количества теплоты расходной части теплового баланса. Но, несмотря на уменьшение доли теплоты, отводимой через резец, абсолютное количество теплоты при этом увеличивается.
Некоторая доля поступающей в резец теплоты идет на повышение температуры режущего лезвия. Другая ее часть распространяется по всему телу резца. Скорость распространения этого теплового потока зависит от теплопроводности, массы и температуры режущей части и корпуса резца. Графически температурное поле в резце представляет ряд изотерм, в совокупноспг дающих представление о температурных градиентах в режущей части резца. За время стойкости резца могут измениться конкретные условия резания и отвода теплоты.
Поэтому положение изотерм поля также переменно. Показанные на рис. 8.15 изотермы и направления температурных градиентов температурного поля в сечении резца построены гю результатам аналитических .фЩ ееФрирзи а) 8) Рнс. 8.17. Тенпературное поле на режущих ловеркностнх резца (по результатан эксперимента) 118 расчетов, выполненных А.
Н. Резинковым для ранее рассмотренного процесса обработки стали ШХ15. Пунктирные стрелки на температурном поле указывают направления распространения теплового потока от наиболее нагретых участков лезвия, где расчетная температура достигает Рис, 8.16. Тенпературное поле на передней поверхности рмца (по результатан аналитического расчета) 0 =900'С, в менее нагретые глубинные участки резца. Распределение температуры на рабочих поверхностях режущего лезвия является одной из важнейших характеристик условий работы режущего инструмента и оказывает существенное влияние на законо- мерности изнашивания этих поверхностей. Температурное поле на передней поверхности того же резца, который изображен на рис.
8.15, согласно расчетным данным А. Н. Резникова показано на рис. 8.16. Изотерма максимальной температуры 0 = =900'С представляет собой овальную линию, расположенную на некотором расстоянии(ж0,5... 1 мм) и вытянутую вдоль главного режущего лезвия. На рис. 8,17, а приведено температурное поле, построенное Р. О. Барсеппщ по результатам экстраполяции на переднюю поверхность температурных зависимостей, экспериментально полученных с помощью хромель-алюмелевых термопар в глубинньп слоях режущей части резца. Измерение температур производилось в условиях резания стали 45 резцом из твердого сплава Т15Кб со скоростью с = 200 м/мин, подачей $ = = 0,29 мм/об и глубиной резания з = 2 мм. Несмотря на то что температурньзе поля построены принципиально разными методами — расчетным и экспериментальным — для разных конструкций резцов, обрабатываемых материалов и при различных режимах резания, можно отметить, что они сходны по расположению нзотерм (сплозпные линии) и температурных градиентов (пунктирные линии).
На рис. 8.17, б показано температурное поле на главной и вспомогательной задних поверхностях резца. Здесь главная н вспомогательная задние поверхности развернуты и совмещены с плоскостью чертежа Экспериментальные данные Р. О. Барсеппщ показывают наличие значительного градиента температур как по передней (рис. 8.17, а), так и по задним (рис. 8Л7„б) поверхностям в направлении от вершины резца. Теплота Оз Расходной части теплового баланса во время резания непрерывно проникает в резец через лезвие, постепенно распространяясь по всему корпусу и нагревая его.
На рис. 8.18 показано изменение температуры в корпусе цельного быстрорежущего резца„измеренной одновременно семью термопарами, рабочие спаи которых расположены на расстояниях р от центра лезвия. Температура на режущем лезвии (р, =О) измерялась естественной термопарой сталь 45 — бы строрелсуигля спим ь РбК5. В остальных шести точках измерение производилось с помощью хромель-алюмелевых термопар, приваренных конденсаторной сваркой к дну паза в корпусе рсзца. Из рис 8.18 видно, что на расстоянии р = 14 мм от центра лезвия после 60 мин работы во внутренней части поперечного сечения корпуса резца установилась температура нагрева О 180 'С. С увеличением расстояния от режущего лезвия установившаяся температура корпуса снижается, но сохраняет достаточно высокие значения.
Так, на расстоянии р = 40 мм температура От100'С, при р = 80 мм температура О ге 50'С. Только на расстоянии р = 100 мм температура Ока 35'С не существенно превышает комнатную температуру. Наобходимо отметить также„что температура поверхностных слоев корпуса резца была значительно ниже, чем во внутренней части резца. Инструментальные материалы сохраняют свои исходные свойства — механическую прочность, твердость и износостойкость при повышении температуры до значений, не превышающих их температуросгойкости, зависящегь в свою очередь, от их химического состава и структурного состояния. При более высокой температуре в материале происходят структурные изменения, вызывающие снижение его твердости. Следствием этого является уменьшение иэносостойкости, повышение интенсивности изнашивания и сокращение периода стойкости инструмента.
Как это видно из изображений температурных полей (см. рис. 8.15 ... 8.17), наи- больший нагрев наблюдается на передней поверхности лезвия и в прилегающем приграничном слое. Здесь сбегающая стружка наиболее интенсивно изнашивает лезвие, причем на это явление оказывает влияние высокая температура, и наибольший износ происходит именно на тех Рис.
6.18. Распрвдепеиие теипературы вдоль корпуса реюца участках поверхностей лезвий, где температура максимальна. Значительно меньше нагреваются участки задней поверхности лезвия, скользящей по поверхности резания на заготовке. Однако за время работы резца температура на задней поверхности постепенно повышается и в конце периода стойкости может достигнуть температур, превышающих температуросгойкость. В этот момент интенсивность изнашивания вершины резца катастрофически возрастает и он окончательно выходит из строя. В В.4. ПУТИ СНИЖЕНИЯ ТЕМ П ЕРАТУРЫ НА ЛЕЗВИИ РЕЗЦА Уменьшить количество теплоты, проникающее через поверхность лезвия в режущую часть резца, можно, охлаждая всю зону резания поливом обильной струей смазывающе-охлаждающей жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
