25.Влияние различных факторов на температуру в зоне резания

Оценивая влияние какого-либо фактора на температуру резания, следует учитывать изменения условий подвода тепла в этой зоне. Другими словами, можно сказать, что на t⁰ резания оказывают влияние те же факторы, что и на изменение баланса тепла. Рассмотрим, как будет изменяться температура резания в зависимости от скорости резания, ширины и толщины среза, физико-математических свойств обрабатываемого материала и других факторов.

С увеличением скорости резания возрастает количество тепла, выделяющегося в зоне резания, а также температура нагрева детали, стружки и инструмента. Однако рост t⁰ в зоне резания отстает от роста скорости резания. Это отставание особенно усиливается в зоне высоких скоростей. Унос тепла стружкой тоже растет с повышением скорости резания поэтому нет прямой зависимости изменения температуры резания от изменения скорости.

а) Влияние элементов среза

С увеличением ширины среза в прямопропорционально растет сила, работа резания и количество выделяющейся теплоты. Во столько же раз увеличивается и длина активной части режущего лезвия, а соответственно и отвод тепла. Поэтому с увеличением в температура резания изменяется незначительно. Экспериментально установлена зависимость

θ_рез = С_Qв в^

где С_Qв – коэффициент, учитывающий влияние на температуру резания всех остальных факторов, кроме ширины среза.

 - показатель степени, учитывающий влияние ширины среза на повышение θ_рез.

Обычно ≃0,1.

В зависимости от толщины срезаемого слоя а увеличивается сила примерно в степени 0,75, а следовательно, работа резания и количество выделяемого тепла. Одновременно растет площадь контакта стружки с передней поверхностью среза. Это улучшает условия отвода тепла, поэтому увеличение температуры отстает от роста толщины среза:

θ_рез= С_Qаа^γ: γ≃0,2…0,3

б) Влияние геометрических параметров инструмента по θ_рез

С увеличением переднего угла изменяются условия подвода и отвода тепла, а следовательно и температура резания. Существует некоторое оптимальное значение угла γ, при котором уменьшаются силы резания и количество выделившегося тепла. С увеличением γ выше оптимального значения уменьшаются условия отвода тепла, растет температура резания.

С уменьшением главного угла в плане φ увеличивается угол при вершине ε, что приводит к возрастанию массы головки резца и улучшению тепловода, а следовательно, к уменьшению θ_рез и наоборот.

в) Влияние физико-химических свойств обрабатываемого материала

θ_рез увеличивается с повышением прочности, твердости и пластичности. Чем выше теплопроводность, тем ниже θ_рез.

29,30.Влияние сож на процесс резания и качество обработанной поверхности

Практикой установлено, что СОЖ оказывает существенное влияние на процесс резания и на качество обработанной поверхности. При различных видах механической обработки находит применение следующие виды смазочно-охлаждающих сред:

I. Жидкости:

1. вода с небольшой добавкой веществ, препятствующих коррозии станка и детали, например соды;

2. эмульсии, представляющие собой растворы в виде специальных эмульсолов или паст, т.е. раствор специальных мыл в воде;

3. масла растительные (льняное, сурепное, касторовое), минеральные (индустриальное 20) и осерненные (сульфофрезол – индустриальное 20 масло с добавкой 2…3% серы);

4. специальные (смесь керосина и масла).

II. Распыленные жидкости.

III. Газообразные среды.

Наибольшее применение на практике получили СОЖ. Роль СОЖ в процессе резания обусловлена тремя физико-химическими действиями:

1. смазывающим действием и уменьшением деформации поверхностных слоев обрабатываемого материала;

2. охлаждающим;

3. смазывающим.

Смазывающее действие заключается в том, что на трущихся поверхностях стружки, детали и инструмента образуются весьма стойкие пленки, препятствующие непосредственному контакту этих поверхностей и вызывающие снижение сил трения. Исследования показывают, что жидкость не только уменьшает внешнее трение, но при этом облегчает деформирование срезаемого металла в зоне предразрушения всегда имеются микротрещенки. Активная жидкость проникает в них, оказывая раклинивающее давление на их стенки. Опыты показали, что добавки к чистой воде около 1% поверхностно-активных веществ (стеариновой кислоты, натриевого мыла) примерно в два раза облегчают процесс резания.

Таким образом, смазывающее действие жидкости выражается в уменьшении трения на контактных поверхностях; развитие микротрещин в зоне предразрушения; уменьшении пластического течения металла из-за внедрения атомов (H, O, N) в кристаллическую решетку и охрупчивания.

Охлаждающее действие СОЖ заключается в поглащении тепла в зоне резания, охлаждении стружки, детали и инструмента. Оно зависит от теплоемкости, теплопроводности и скрытой теплоты парообразования СОЖ.

Смывающее действие жидкости сводится к механическому удалению мелкой стружки и предотвращению прилипания ее к поверхности станка, инструмента и детали.

Все современные СОЖ разделяются на три основные группы:

• к первой относятся минеральные масла различной вязкости. К маслам в зависимости от их назначения обычно добавляют в различных комбинациях специальные присадки: антифрикционные, противоизносные, противозадирные, смазывающие, моющие, антикоррозийные и т.д. В отдельных случаях в масла вводят животные и растительные жиры.

• во вторую группу входят масляные эмульсии, представляющие собой раствор эмульсола в воде. Эмульсолы состоят из следующих компонентов базовое масло, эмульгатор, антифрикционные, противоизносные, противозадирные, смачивающие примадки, ингибитор, или пассиватор коррозии, бактерицидная присадка, антивспениватель.

• третью группу составляют синтетические или химические жидкости, не имеющие в своем составе масла. Они содержат, как правило, вещества, которые пассивируют поверхность обрабатываемой детали, смачивающие средства, некоторые виды мыл. Улучшение их эксплуатационных свойств достигается за счет введения присадок обеспечивающих повышение противозадирных и антифрикционных свойств растворов и растворов и повышение их моющих и смачивающих свойств. По сравнению с маслами и водомаслянными эмульсиями третья группа жидкостей характеризуется отсутствием разложения, обладают повышенными охлаждающими и другими свойствами, что делает их более прогрессивными видами СОЖ. Однако, как правило, синтетические жидкости являются более дорогими, а некоторые теряют свои свойства при попадании в них масла из гидросистемы станка.

Результаты, получаемые при применении смазочно-охлаждающих средств, зависят также и от способа подвода жидкости в зону резания.

При охлаждении режущего инструмента свободно падающей струей жидкости необходимо соблюдать следующие требования:

• жидкость должна подводиться непрерывной струей;

• количество жидкости должно быть достаточно большим, но не более 15 дм/мин;

• характер подвода, направление и форма струи должны быть отрегулированы в соответствии с проводимой обработкой;

• необходимо следить за состоянием и количеством СОЖ, своевременно менять и доливать ее в баки.

Внутреннее охлаждение

Для достижения большего эффекта по повышению стойкости инструмента используют внутреннее охлаждение. При этом жидкость подается по каналам и непрерывно циркулирует.

Высоконапорное, или напорно-струйное охлаждение

В этом случае СОЖ направляется под высоким давлением 1,5…2 МПа к режущему лезвию резца со стороны задней его поверхности, т.е. снизу. Подача жидкости осуществляется с помощью насосов через фильтр и гибкий шланг.

Охлаждение распыленной жидкостью

В этом случае СОЖ с помощью сжатого воздуха распыляется на мельчайшие капельки и вместе с воздухом в виде тумана с большой скоростью попадает в зону резания. Расход жидкости очень мал. Стойкость же инструмента повышается от 2 до4 раз по сравнению со стойкостью при обычном охлаждении свободно падающей струи.

При выборе СОЖ учитываются режимы резания, свойства обрабатываемого металла, требования к шероховатости и точности обработки и т.д.