Тепловые явления в процессе резания

1. Лекция 3 Тепловые явления в процессе резания

2. 1. Источники образования и распределения тепла между стружкой, инструментом и деталью

• Исследованиями установлено, что при
резании конструкционных материалов
более 99,5% работы резания переходит в
тепло.
• Количество тепла при этом можно выразить
через работу резания Еi :
Qi = Ei / 427, ккал/мин
Суммарное количество теплоты при резании:
Q = Qдеф + Qтр.пп + Qтр.зп

3. Рис.1 Расположение источников тепла

4. Уравнение теплового баланса: Qдеф + Qтр.пп + Qтр.зп = Qстр + Qдет + Qинст + Qокр.сред

• Количество выделяемого тепла зависит от
- механических свойств материала заготовки,
- геометрических параметров инструмента,
- режима резания (V, S, t).
Наибольшее количество тепла уходит в
стружку (до 85%).
С увеличением скорости резания эта доля
возрастает

5.

6.

- При увеличении глубины
резания и подачи удельное
количество тепла в стружке
уменьшается
-Хотя доля тепла, уходящего в инструмент,
относительно мала,
температура контакта на
передней поверхности θ
значительно выше
температуры стружки θ стр
(см. рисунок)

7. 2. Экспериментальные методы изучения тепловых явлений

• Экспериментальные
Основными объектами
методы благодаря их изучения являются:
простоте и
- количество выделяемого
надежности являются тепла и его распределение
до сих пор главным
между стружкой, деталью
инструментом
и инструментом;
исследования
-температура на
тепловых процессов
контактных поверхностях
при резании
инструмента;
металлов
- температурные поля в
зоне деформации и реж.
клине инструмента

8. Экспериментальные методы

1. Калориметрический метод
Позволяет определить
количество тепла,
переходящего в стружку,
инструмент, деталь
Θсм – температура смеси (воды) в
калориметре после опыта;
Θв - температура смеси до опыта
Gв , G – масса воды, стружки
С – теплоемкость стружки

9. 2. Метод термопар Позволяет приблизительно определять температуру резания на передней и задней поверхностях инструмента а)

метод подведенной термопары

10. б) метод естественной термопары преимущество метода: возможность осуществления при всех видах обработки резанием в) метод

«бегущей» (перерезаемой) термопары

11. 3. Температура резания

•На рисунке представлено
изменение температуры Θх по
передней поверхности.
•Максимальное её значение –
примерно на середине.
•По задней поверхности температура также распределена неравномерно.
•Поэтому, температура резания –
это средняя температура контакта
инструмента по передней и
задней поверхности

12.

• Температура резания зависит от скорости резания и
размеров сечения срезаемого слоя
• Существует эмпирическая формула, которая
связывает температуру резания со скоростью
резания, толщиной и шириной срезаемого слоя
m > n > q,
т.е. на температуру резания наибольшее влияние
оказывает скорость резания, затем – толщина
срезаемого слоя (подача), и наименьшее – ширина
срезаемого слоя.

13.

• В чем причина неодинакового влияния
величин a и b на температуру резания?
• На рис. изображены одинаковые резцы, срезающие слой
одинаковой площади.
У первого ширина среза в 2 раза
больше, чем у второго.
А у второго толщина среза в 2 раза больше.
Из исследований известно: чем больше
отношение длины движущегося полосового
источника к ширине, тем меньше средняя
температура трения в пределах контактной
площадки

14.

• Вывод: для уменьшения температуры
резания для заданной площади сечения
среза (т.е. производительности
обработки)необходимо работать с
возможно большим соотношением ширины
среза к толщине, т.е. с широкими и тонкими
стружками.
• Снижению температуры резания
способствует интенсивное охлаждение
зоны резания (СОЖ, теплопроводность
инструментального материала и т.п.)

15. 4. Аналитический метод определения температуры резания, стружки, инструмента

•Основной недостаток всех
экспериментальных методов –
невозможность получить достоверные
температурные поля в стружке и режущем
клине инструмента
•Такое построение стало возможным с
применением метода источников тепла:
любое температурное поле можно получить
как результат комбинации температурных
полей, возникающих под действием
системы мгновенных точечных источников

16.

• Используя данное уравнение, можно
получить выражения, описывающие
температурные поля, возникающие под
действием источников различной формы
(стационарных и движущихся)

17. Для расчета температурных полей в стружке, детали и режущем клине инструмента была принята упрощенная схема расположения

источников тепла

18. рассчитанные температурные поля