Тепловые процессы при резании

Различают три способа теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводность – перенос теплоты (или внутренней энергии) при непосредственном соприкосновении тел или частей одного тела с различной температурой.

Конвекция – наблюдается в движущихся жидкостях или газах. Перенос теплоты при этом происходит за счет перемещения вещества в пространстве, тогда как в процессе теплопроводности это не обязательно. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа имеет место соприкосновение частиц с различными температурами. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом.

Тепловое излучение – перенос теплоты в виде электромагнитных волн с взаимным превращением тепловой энергии в лучистую и обратно.

Температурное поле – совокупность температур в данный момент времени для всех точек пространства. Если при этом температура зависит от длительности нагрева или охлаждения, поле называется неустановившимся или нестационарным. Если же температура не изменяется, поле называется установившимся или стационарным.

Градиент температур – предел отношения приращения температуры  к расстоянию между изотермами по нормали n: grad =lim (/n) _n0=d/dn (С/м), он характеризует интенсивность изменения температуры внутри тела и является векторной величиной, направленной по нормали в сторону возрастания температуры.

Плотность теплового потока q=- grad  (Вт/м²) – количество теплоты, проходящей через единицу площади в единицу времени – вектор, направленный в сторону, противоположную градиенту температуры.

Коэффициент теплопроводности  - количество теплоты, проходящей в единицу времени через единицу площади при градиенте температуры в один градус на единицу длины (Вт.

Коэффициент температуропроводности  (м²/с)

Коэффициент теплоотдачи  характеризует интенсивность конвективного теплообмена между твердым телом и жидкой (газообразной) средой; (Вт/м²с).

Выделение теплоты при снятии стружки объясняется тем, что в теплоту преобразуется механическая работа, затраченная на срезание стружки: W=W_деф+W_т.п.п+W_т.з.п., где W_деф, W_т.п.п, W_т.з.п – работа, затрачиваемая соответственно на упругую и пластическую деформации срезаемого слоя, на преодоление сил трения по передней и задней поверхностям.

П рактически в теплоту переходит вся работа резания (больше, чем 99,5 %).

Зная количество теплоты, выделяемой в процессе резания и распространяемой между стружкой, обрабатываемой деталью, инструментом и средой, можно записать уравнение баланса тепловой и механической энергии при резании: W_деф+W_т.п.п+W_т.з.п.=Q_с+Q_и+Q_д+Q_о.с.

Эксперименты показывают, что при работе с небольшой скоростью резания (до 30…40м/мин) относительное количество теплоты составляет: Q_с60…70%; Q_и3%; Q_д30…40%; Q_о.с.1…2%. Установлено, что чем ниже теплопроводность обрабатываемого материала, тем больше теплоты уходит в инструмент. По мере увеличения скорости резания значительно растет относительное количество теплоты, уходящей в стружку. По опытам С.С. Можаева при скорости =400…500 м/мин теплота распределяется так: Q_с97…98%, а Q_и1%.

Использование технологических сред позволяет значительно повысить Q_о.с. в общем тепловом балансе. В зависимости от условий подвода среды соответственно уменьшаются Q_с, Q_и и Q_д.

10