23.Тепловой баланс процесса резания

Теплота, возникающая в процессе резания, влияет на стойкость инструмента и его износ, на качество обрабатываемой поверхности, изменяет механические свойства обрабатываемого материала, коэффициент трения на передней и задней поверхностях, усадку стружки и т.п.

Русские исследователи Н.Н.Саввин (1910г.) и Я.Г.Усачев (1915г.) установили, что работа резания преобразуется в теплоту. Можно полагать, однако, что около 1% работы резания все же затрачивается на образование поверхностей, обладающих иной потенциальной энергией, чем энергия элементов внутри заготовки и стружки:

А_рез=А_уп+А_пл+А_тр+А_дис

где А_уп – работа упругого деформирования;

А_пл – работа пластического деформирования;

А_тр – работа трения;

А_дис – работа диспергирования (образование новых поверхностей)

Следовательно, приближенно количество образуемой теплоты в единицу времени (Дж/с) будет

Q=P_zV

(сила на скорость)

Тепловой баланс процесса резания можно записать в виде

Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=q₁+q₂+q₃+q₄

где Q₁ – Q₄ – теплота, полученная соответственно в результате деформации срезаемого слоя, трения по передней поверхности, трения на задней поверхности и деформации поверхностного слоя заготовки;

q₁ – q₄ – теплота, отводимая соответственно стружкой, резцом, заготовкой и окружающей средой.

Количество образующейся и отводимой отдельными элементами теплоты изменяется с изменением скорости.

В процессе длительной обработки происходит наклонение теплоты в заготовке и рехце, приводящее к повышению средней температуры. Так, если t⁰ стружки при V=3,33 – 12,5 м/с примерно 400 – 450⁰С, то при этих же условиях температура резания (поверхности соприкосновения стружки с резцом) = 800⁰С, а средняя t⁰ резца за 20 мин работы достигает только 220⁰С. Температура заготовки зависит от ее массы, продолжительности резания и других факторов.

24.Методы измерения температур в зоне резания

Существуют различные методы измерения температуры и методы исследований тепловых явлений при резании.

1. Наблюдение за цветами побежалости

Этот метод является наиболее простым для определения t⁰ в зоне резания. Цвета побежалости появляются при высокой t⁰ на поверхности стружки в результате ее окисления. При этом светложелтому цвету соответствует T⁰ около 493⁰К,

• пурпурному – 543⁰К

• светло-синему – 593⁰К

Этот метод чрезвычайно примитивен и субъективен и точных результатов дать не может.

2. Метод термокрасок

Данный метод основан на изменении цвета специальных красок, нанесенных на рабочие грани инструмента, в зависимости от θ.

3. Калориметрический метод

Для определения средней t⁰ стружки пользуются специальными колориметрами в которые попадает горячая стружка. Исходя из ее веса, веса воды, перепада t⁰ до и после попадания стружки находят t⁰ стружки.

4. Непосредственное измерение температур с помощью термопар

а) искусственных

б) полуискусственных

в) напыленных

г) радиационно-оптический метод измерения t⁰ основан на регистрации инфракрасного излучения

Стр. 30

Большой интерес представляет непосредственное измерение температур в измерение температур в зоне резания. Еще Усачев в 1914г. впервые произвел измерение температуры методом искусственной термопары. Для этого в резце снизу просверливается отверстие  1,5 мм, которое на 0,5 мм не доходит до передней поверхности резца. В отверстие вставляется термопара из изолированной медной и константановой проволок возможно меньшего диаметра (0,02…0,05 мм). Под действием высокой t⁰ резания в термопаре возникает термо ЭДС, регистрируемая гальвонометром. При помощи тарировочного графика показания гальвонометра переведется в градусы. Однако такая термопара дает заниженные показания вследствие значительного удаления его горячего спая от режущего лезвия.

Полуискусственная термопара – проволока и резец.

Естественная термопара – разнородные металлы детали и резца. Он позволяет определить усредненную температуру.

5. Оптический метод (радиационный)

Основан на принципе собирания лучеиспускаемой теплоты. Сконцентрированные при помощи линз тепловые инфракрасные лучи направляются через диафрагму на место спая термоэлектродов, в цепь которых включен гальванометр. При этом можно получить данные о нагреве стружки и заготовки в различных точках.