Тепловые явления

Количество тепла, которое образуется при резании, зависит от затрачен-ной работы. Если пренебречь работой, совершаемой в направлении подачи, как малой величиной и полагать, что вся работа переходит в тепло, то количество возникающего в единицу времени тепла Q (Дж/с) можно определить по формуле:

Q = РzV,

где Рz – сила резания, действующая в направлении главного движения, Н; V – скорость резания, м/с. Общая работа резания состоит из работы, затрачиваемой на диспергирование, на трение, на упругое и пластическое деформирование. При обработке пластичных металлов удельное значение работы, расходуемой на диспергирование и упругое деформирование, невелико и, поэтому им можно пренебречь.

При обработке хрупких металлов можно не учитывать работу, затрачиваемую на диспергирование и пластическое деформирование. Источниками образования тепла являются упругие и пластические деформации Ql трение на передней поверхности Q2 и трение на задней поверхности Q3 (рис. 31).

Образующееся тепло распространяется от точек с более высокой к точкам с более низкой температурой. Тепло, выделяющееся вследствие деформаций, идет в стружку (q1) и частично направляется в инструмент (q2), в обрабатываемую деталь (q3) и в окружающую среду q4). Тепло, возникающее в результате трения на передней поверхности, идет в стружку (q1 и инструмент (q2). Тепло, образующееся вследствие трения на задней поверхности, направляется в инструмент (q2) и обрабатываемую деталь (q3).

Таким образом, уравнение теплового баланса может быть представлено в следующем виде:

?1 + ?2 + ?3 = ?1 + ?2 + ?3 + ?4.

Различные точки рабочих поверхностей инструмента имеют неодинаковую температуру. Установлено, что максимальная температура при обработке пластичных металлов находится примерно посередине площади контакта стружки с резцом, т. е. на расстоянии 0,5•l от лезвия. Эту температуру принято называть температурой резания. При обработке пластичных металлов температура передней поверхности инструмента выше температуры задней его поверхности.

Это объясняется тем, что передняя поверхность нагревается вследствие трения и теплопередачи от нагретой стружки, а задняя – в основном в результате трения. При обработке хрупких металлов, когда образуется стружка надлома, касание ее с передней поверхностью прерывистое и инструмент нагревается преимущественно за счет трения по задней поверхности. В этом случае температура задней поверхности будет выше температуры передней поверхности.

Вследствие нагрева удлинение резца может доходить до 30–40 мкм. Влияние удлинения инструмента на точность обработки тем значительнее, чем выше температура резания и больше длина вылета резца. Температурную деформацию инструмента следует учитывать при чистовой обработке и, особенно при настройке на точность станков автоматов и автоматических линий. Большое влияние на температуру резания оказывают свойства обрабатываемого материала.

Под воздействием тепла, образующегося в процессе резания, нагревается инструмент, интенсифицируются процессы диффузии и адгезии, изменяются условия трения. Все это снижает стойкость инструмента. Поэтому условия резания следует выбирать с учетом образования возможно меньшей температуры резания, а вместе с этим необходимо принять меры, способствующие ее снижению. Наиболее эффективной мерой является применение охлаждения и смазки.