Оптимальная температура резания

Еще в 30-х гг. XX в. был сформулирован принцип Рейхеля, согласно которому определенному периоду стойкости для заданной пары инструмент - деталь соответствует одна и та же температура резания, не зависящая от комбинации элементов режима резания. Недостаток указанного принципа заключается в том, что физический параметр (температура резания) сопоставляется с временем работы инструмента, которое не связано с условиями трения и рядом других процессов, протекающих на контактных площадках.

А.Д. Макаров пришел к выводу, что постоянство температуры резания следует связывать не с произвольно выбранным периодом стойкости, а с точками, характеризующими минимальную относительную интенсивность изнашивания (рис. 5). Учитывая то, что температура контактных поверхностей непосредственно влияет на интенсивность различных механизмов изнашивания, он сформулировал следующее положение: оптимальным скоростям резания (для заданного материала режущей части инструмента) при различных комбинациях скорости, подачи и глубины резания соответствует постоянная температура в зоне резания (оптимальная температура резания).

Рис. 5. Зависимость относительного поверхностного износа от температуры при точении стали 40ХН2МА резцом из твердого сплава Т14К8 (t = 1 мм): 1 - S = 0,43 мм/об; 2 - S = 0,21 мм/об; 3 - S = 0,11 мм/об

Постоянство оптимальной температуры резания экспериментально подтверждено для точения, сверления, фрезерования, нарезания резьб, зубофрезерования и других видов обработки резанием (табл. 1).

Таблица 1 Оптимальные температуры при резании лезвийными инструментами

Марка материала		Вид обработки	о, °С
обрабатываемого	Инструмен- тального
45	Т5К10	Точение	850
40Х	Т15К6	То же	950
ХВГ	ВК8	»	750
ШХ15	Т14К8	»	750
Х18Н10Т	Т15К6	»	900
ХН75ВМЮ	ВК8	»	700
ХН77ТЮР	ВК8	»	720... 750
5ХНВ	Т15К6	Фрезерование	950
50	Р6МЗ	Сверление	270
40Х	Р18	Зубофрезерование	320... 350
40Х	Т15К6	Тоже	750
12Х18Н9Т	ВК6-ОМ	Резьбонарезание	760

Отсюда вытекает ряд важных следствий.

1. Для инструментов с любой комбинацией геометрических параметров режущей части (, , , , , r_в и др.) точкам минимума кривых, выражающих зависимость интенсивности изнашивания от скорости резания, соответствует одна и та же оптимальная температура резания, хотя уровень оптимальных скоростей резания может существенно колебаться (рис. 6).

Рис.6. Влияние скорости на температуру резания и интенсивность изнашивания резца: 1 - ₁, ₁, ₁ r_в1; 2 - ₂, ₂, ₂ r_в2; 3 - ₃, ₃, ₃ r_в3

2. При обработке металлов без охлаждения и с охлаждением различными средами наименьшая интенсивность изнашивания наблюдается при одной и той же оптимальной температуре резания (рис. 7).

Рис. 7. Влияние скорости на температуру резания и интенсивность изнашивания резца: 1 - при работе без охлаждения; 2 - с охлаждением

3. Изменение диаметра обрабатываемой поверхности при точении и диаметра отверстия при растачивании приводит к существенному изменению уровня оптимальных скоростей резания, в то время как оптимальная температура резания остается постоянной (рис. 8).

Рис. 8. Влияние скорости на температуру резания и интенсивность изнашивания расточного резца (d₁ < d₂)

4. Изменение твердости и структуры стали приводит к существенному изменению уровня оптимальных скоростей резания, которым, однако, соответствует одна и та же оптимальная температура (рис. 9).

Рис. 9. Влияние температуры резания на интенсивность изнашивания резца при обработке материалов разной твердости (H₁ >Н₂> Н₃)

На основании приведенных следствий приходим к выводу, что, поддерживая постоянной оптимальную температуру резания _О, можно осуществлять процесс резания в оптимальном режиме при использовании любых комбинаций v, S, t, , а, ср и других факторов без проведения трудоемких и дорогостоящих стойкостных испытаний.