Тепловые явления процесса резания

Процесс резания сопровождается образованием теплоты. Количество теплоты, выделяющейся в единицу времени:

Q = P_z V,

где Q – количество теплоты, Дж/мин

Теплота образуется в результате упругопластического деформирования в зоне стружкообразования, трения стружки о переднюю поверхность инструмента, трения задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обратную поверхность заготовки (рис. 1.8).

Тепловой баланс процесса резания можно представить следующим тождеством:

Q = Q_д + Q_n.n + Q_з.п = Q_c + Q_зaг + Q_и + Q_л,

где Q_д – количество теплоты, выделяемой при упругопластической деформации обрабатываемого материала, Дж; Q_n.n – количество теплоты, выделяемой при трении стружки о переднюю поверхность инструмента, Дж; Q_з.п – количество теплоты, выделяемой при трении задних поверхностей инструмента о заготовку, Дж; Q_c – количество теплоты, отводимой стружкой, Дж; Q_зaг – количество теплоты, отводимой заготовкой, Дж; Q_и – количество теплоты, отводимой режущим инструментом, Дж; Q_л – количество теплоты, отводимой в окружающую среду (теплота лучеиспускания), Дж.

В зависимости от технологического метода и условий обработки стружкой отводится 25 – 85 % всей выделившейся теплоты; заготов­кой 10 – 50 %; инструментом 2 – 8 %.

Количественное распределение теплоты, главным образом, зависит от скорости резания.

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800 – 1000 ºС) вызывает структурные превращения в металле, из которого он изготовлен, снижение твердости инструмента и потерю режущих свойств. Нагрев инструмента вызывает изменение его геометрических размеров, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обрабатываемых поверхностей.

Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке удлинение резца при повышении его температуры изменяет глубину резания, и обработанная поверхность получается конусообразной. Нагрев заготовки вызывает изменение её геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления на станке заготовка деформируется. Температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.

Погрешность формы обработанных поверхностей возрастает из-за непостоянства температурного поля по объему обработанной заготовки, поэтому возникают дополнительные погрешности обработанной поверхности. Температурные погрешности следует учитывать при наладке станков. Для определения погрешностей необходимо знать температуру инструмента и заготовки или количество теплоты, входящей в них.

Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку ведут в условиях применения смазочно-охлаждающих сред. В зависимости от технологического метода обработки, физико-механических свойств материалов обрабатывае

мой заготовки и режущего инструмента, а также режима резания применяют различные смазочно-охлаждающие среды.