Теплообразование и теплоотвод при резании металлов

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НА ТЕМПЕРАТУРУ В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

Лабораторная работа № 12

Форма отчета

Тема: «Влияние элементов режима резания на тангенциальную составляющую силы резания».

1. Изложить методику и аппаратуру для измерения силы резания

2. Заполнить протокол наблюдений

3. Ознакомиться с формулами для определения сил резания

Результаты эксперимента обрабатываем и заносим в таблицу.

Таблица 1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие силы действуют на переднюю и заднюю поверхности резца в главной секущей плоскости?

2. На какие составляющие разлагается равнодействующая сил резания при точении?

3. Каково соотношение между составляющими сил резания?

4. Напишите формулу для определения силы P_z.

5. Какие приборы применяются для измерения составлявших сил резания и как подразделяются в зависимости от количества этих составляющих?

6. На какие виды подразделяются динамометры по принципу действия регистрирующего устройства?

7. Как можно уменьшить радиальную силу при помощи геометрии резца?

Цель работы: Получить навыки самостоятельной работы по исследованию тепловых явлений в процессе резания; изучить влияние глубины, подачи и скорости резания на температуру резания, при точении.

Оборудование и инструмент:

1. Токарно-винторезный станок 1А616.

2. Стальная заготовка.

3. Заготовка из стали.

4. Резцы, подготовленные для образований термопары.

5. Миллиамперметр, набор электропроводов.

6. Штангенциркуль.

Процесс резания металлов сопровождается значительным выделением теплоты, которое образуется в результате превращения работы резания (затрачиваемой на упругие и пластические деформации металла и трение металла о режущий инструмент) в теплоту.

Силы, действующие на режущий инструмент, порождают многообразные деформации в стружке и теле заготовки. Кроме того, при перемещении стружки вдоль передней и задней поверхностей резца возникают силы трения.

Работа всех этих сил (сумма произведения элементарных сил на соответствующие деформации), как показывает опыт, переходит в теплоту. Теплота, образовавшаяся в процессе резания, возникает соответственно величине работы сил резания и сил трения, а температура устанавливается в соответствии с теплопроводностью и теплоемкостью названных соприкасающихся тел, с размерами сечений, отводящих теплоту, причем в стружке, резце и заготовке образуются свои различные температурные поля.

Явления теплообразования и теплоотвода при резании металлов весьма сложны, так как температура процесса резания и её распределение изменяют механические и физические свойства обрабатываемого металла, вследствие чего существенно меняется сам характер деформации стружки и деформации поверхностного слоя обработанной поверхности заготовки, а также характер износа инструмента.

Температура, влияя непосредственно на износ режущих инструментов, ограничивает применение наиболее высоких режимов резания, а следовательно, определяет пределы производительности и стойкости резца при данных условиях резания. Воздействуя на заготовку, температура может ухудшить состояние поверхностного слоя и понизить точность обработки.

Изучение условий теплообразования и условий теплоотвода в зависимости от различных факторов резания позволяет установить наивыгоднейшую геометрию, размеры и форму резца, а также наивыгоднейшие режимы обработки и продолжительность резания между двумя заточками, т.е. стойкость режущего инструмента.

При резании металлов различают следующие виды деформации и соответствующие им работы.

Работа сил, порождающих упругие деформации. При резании в резце, стружке и теле обрабатываемой заготовки возникают упругие деформации, которые преобразуются в упругие колебания, последние быстро затухают и превращаются в теплоту.

Работа сил, порождающих пластические деформации. Они представляют главным образом смятие, частичное растяжение, сопровождающееся сдвигом, напряжение которого достигает предела текучести и выше. Пластическая деформация представляет собой по своему существу искажение кристаллической решетки, размельчение кристаллов и изменение структуры материала. Пластическая деформация является необратимым процессом, который сопровождается выделением теплоты. Работа сил трения на передней, задней и боковых поверхностях резца.

По современным взглядам на физическую сущность трения работа сил трения затрачивается частично на разрушение выступающих поверхностных частиц и частично на их упругие и пластические деформации.

Итак, работа А, затрачиваемая на процесс резания, может быть представлена уравнением

А = А_УПР+А_ПЛ + А_ТР. (13.1)

где А_упр – работа сил, порождающих упругие деформации

А_пл – работа сил пластической деформации

А_тр – работа сил трения

По данным проф. В.Д. Кузнецова, 85...90% всей работы резания превращается в теплоту, а 10...15% идет на искажение (в зоне резания,) кристаллической решетки обрабатываемого материала. Если считать, что вся механическая работа резания полностью переходит в теплоту, то количество теплоты, образующейся в результате этой работы (ккал/мин)

(13.2)

где 4190 - тепловой эквивалент работы, ккал/Дж;

P_z - вертикальная сотавляющая силы резания, Н;

V - скорость резания, м/мин.

Образующаяся теплота распределяется между стружкой (50...86%), резцом (40...10%) обрабатываемой деталью (9...3%). Около 1% теплоты рассеивается в окружающей среде вследствие излучения (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Источники образования и распределения теплоты резания

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800... 1000°С) 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 обработанных поверхностей. 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 заготовки: в процессе обработки и после охлаждения обработанной заготовки возникают дополнительные погрешности обработанной поверхности. Температурные погрешности следует учитывать при наладке станков. Для определения погрешностей необходимо знать температуру инструментов и заготовки или количество теплоты, переходящей в них.

На величину температуры в зоне резания оказывают влияние следующие факторы: физико-механические свойства обрабатываемого материала, режим резания (скорость резания, подача и глубина резания), геометрические параметры инструмента и применение сказочно- охлаждающей жидкости. Большое влияние оказывают также теплопроводность и теплоемкость обрабатываемого материала. Чем выше теплопроводность обрабатываемого материала, тем интенсивнее отвод тепла в стружку и обрабатываемую деталь, а следовательно, тем меньше нагревается резец. От теплоемкости обрабатываемого материала зависит количество теплоты, воспринимаемой стружкой и заготовкой.

Наибольшее влияние на температуру в зоне резания оказывает скорость резания. С увеличением подачи температура в зоне резания повышается, но менее ин тенсивно, чем при увеличении скорости резания. Еще меньшее влияние на температуру оказывает глубина резания. Это объясняется тем, что с увеличением подачи и особенно глубины резания возрастает поверхность контактирования обрабатываемой детали с инструментом, что улучшает условия теплоотвода от наиболее нагретых участков рабочей части инструмента.

Из геометрических параметров инструмента наибольшее влияние на температуру резания оказывает угол резания δ, главный угол в плане φ, радиус закругления вершины резца r. С увеличением угла резания и главного угла в плане температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса закругления вершины резца уменьшается.

Имеет также значение площадь поперечного сечения тела инструмента: с её увеличением происходит более интенсивный отвод теплоты от места его образования в тело резца. Применение смазочно-охлаждающей жидкости существенно уменьшает температуру в зоне резания.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 179; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!