Исследование температуры в зоне резания при точении (стр. 1 из 5)

Тольяттинский филиал

Самарского Государственного Педагогического Университета

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: МИСИ.

На тему: Исследование температуры в зоне резания

при точении на токарном станке.

Студент: В.В.

Группа: Тз-441

Тольятти - 1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ.

ТЕПЛОТА РЕЗАНИЯ.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ.

3. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВНА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЗАНИЯ
ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ.

4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ.

1. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ.

ТЕПЛОТА РЕЗАНИЯ

Один из главнейших факторов, определяющих процесс резания, — теплота, образующаяся в результате работы резания. Законы теплообразования объясняют ряд явлений, связанных с нагрузкой резца, его стойкостью, качеством обработанной поверхности. Чтобы правильно использовать режущий инструмент, необходимо знать эти законы.

Теплота Q в процессе резания образуется в результате:

1) внутреннего трения между частицами обрабатываемогометалла в процессе деформации Qдеф;

2) внешнего трения стружки о переднюю поверхность резца Qп.т.

3) внешнего трения поверхности резания и обработаннойповерхности о задние поверхности резца Qз.тр.;

4) отрыва стружки, диспергирования Qдисп (образования новых поверхностей)

Предполагая, что механическая работа резания полностью переходит в теплоту, получим

ккал/мин,

где Q—количество теплоты в ккал/мин; R —работа резанияв кгс м/мин (R = Р_zv);

Е— механический эквивалент теплоты(Е = 427 кгс м/ккал).

В действительности в теплоту обращается не вся работа резания: небольшая часть ее переходит в потенциальную энергиюискаженной кристаллической решетки. Поэтому более правильноформулу выразить гак:

где

— коэффициент, учитывающий указанные потери, незначительные по величине.В обычных расчетах этой потерей пренебрегают.

Для успешного воздействия на процесс резания важно знатьне только количество теплоты, но и распределение ее, т. е. степеньконцентрации теплоты в различных участках изделия, стружки
и резца. Если бы вся образующаяся теплота быстро и равномернораспределялась по всему объему изделия и инструмента, онабыстро отводилась бы в пространство, не причиняя им вреда.Вдействительности процесс протекает иначе: большое количествотеплоты концентрируется в определенных зонах, сильно повышаяих температуру. Здесь неизбежны потеря резцом твердости и затупление его и даже возможно изменение структуры тончайшегослоя обработанной поверхности, если не будут приняты соответствующие меры.

Некоторые исследователи (А. Я. Малкин) полагают, чторегулированием потока теплоты можно воздействовать на процесс резания в благоприятную сторону и тем облегчить работу
инструмента и повысить качество обработанной поверхности.

На основе теоретического и экспериментального исследованийпроцесса теплообразования можно выявить законы изменениятемпературы резания (на поверхности контакта стружки с передней гранью резца), а также температуры режущего инструментаи обрабатываемой детали в зависимости от различных факторов.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ

Надо полагать, что в процессе образования сливной стружкитеплота концентрируется в трех основных зонах (рис.1): в зонесдвига элементов стружки АМ, где происходит пластическая
деформация; на площади контактастружки по передней поверхностиинструмента АО; на площади контакта задней грани инструмента собрабатываемой деталью.

Работой диспергирования обычнопренебрегают.

Каждый источник теплоты имеет свою сферу непосредственного воздействия(рис. 1)

Следовательно, наиболее высокая температура — температура резания — должна наблюдаться в стружке в зоне контакта еес передней поверхностью инструмента, так как здесь концентрируется

наибольшее количество теплоты,

образующейся в результате деформации стружки и трения ее по передней поверхностирезца. Например, наибольшее количество теплоты, образующейсявследствие деформации (на поверхности АМ), остается в стружкеи частично поглощается обрабатываемой деталью. Теплота трениястружки (на поверхности АО) остается в основном в стружкеи частично (3—5%) направляется в инструмент. Теплота тренияпо задним граням инструмента (поверхность АР) направляетсяв деталь и резец. При обработке металлов с низкой теплопроводностью, например жаропрочных и титановых сплавов, в резецотводится до 20—40% всей теплоты.

Потери теплоты от конвекции и радиации в процессе резания ничтожно малы; невелико количество теплоты, уходящейв деталь, так как стружка весьма быстро формируется в зоне
резания и столь же быстро проходит зону контакта с резцом.Однако теплота, поглощаемая изделием из жаропрочных сталейи сплавов, резко возрастает и при малых скоростях может достичь 35—45% всей теплоты резания.

Пренебрегая работой трения по задним граням инструмента(которая мала при достаточно острой режущей кромке и большомзаднем угле), можно полагать, что подавляющее количество
теплоты должно сосредоточиваться в стружке. Опыты Н. Н. Савина, Я. Г. Усачева, С. С. Можаева и др., определявших количество теплоты в стружке калориметрическим методом, показали,
что в зависимости от скорости резания, глубины резания и подачипри обработке конструкционной стали в стружке содержалось60—80% всей теплоты резания, а при скоростных режимах резания свыше 90%.

На рис. 2, а показана схема сил, действующих в зоне резания. Считая, что вся работа резания в единицу времени

, работа трения стружки по передней поверхности —усадка стружки), получим работу деформации стружки

Но

(пренебрегаем силой трения по задней поверхности резца) и, следовательно, работа деформации стружки

,

где

.

Повышение температуры стружки благодаря ее деформациисоставит в среднем

где

— средняя температура стружки, когда последняя покидает зону деформации, в °С;

—температура окружающейсреды в °С; — коэффициент, учитывающий потерю теплоты
на скрытую энергию деформации (принимаем = 0,95); —коэффициент, учитывающий переход части тепла в изделие (поВейнеру = 0,1 при v= 100 м/мин, = 0,05 при

v= 300 м/мин); Е — механический эквивалент теплоты (Е= 427 *10 ^-3 кгсм/ккал);

с—теплоемкость нагретой стружкив ккал/кгсград; d —плотность стружки (7,8 *10^-6 кгс/мм³);

b — ширина среза в мм; а — толщина среза в мм.

Рис. 2. Схема сил, действующих в процессе резания (а)

и схема контакта стружки и резца (б)

Принимая

— р кгс/мм² (удельная сила резания) и пренебрегая значением , получим

Покидая зону деформации, нагретая до температуры

стружка трется по передней поверхности резца со скоростью на площади контакта шириной b и длиной l (рис. 2, б).

Теплота работы силы трения по передней грани в единицу времени

Чтобы определить температуру на передней поверхности резца,полученную в результате трения стружки, будем рассматриватьрезец как твердый стержень с поперечным сечением, равным bl,на одной стороне которого поддерживается постоянная температура

. Для решения поставленной задачи используетсяуравнение теплопроводности

,