Тепловые явления в процессе резания презентация

1. Источники образования и распределения тепла между стружкой, инструментом и деталью
Исследованиями установлено, что при резании конструкционных материалов более 99,5% работы резания переходит в тепло.
Количество тепла при этом можно выразить через работу резания Еi :
Qi = Ei / 427, ккал/мин
Суммарное количество теплоты при резании:
Q = Qдеф + Qтр.пп + Qтр.зп

Рис.1 Расположение источников тепла

Уравнение теплового баланса:
Qдеф + Qтр.пп + Qтр.зп = Qстр + Qдет + Qинст + Qокр.сред
Количество выделяемого тепла зависит от
- механических свойств материала заготовки,
геометрических параметров инструмента,
режима резания (V, S, t).
Наибольшее количество тепла уходит в стружку (до 85%).
С увеличением скорости резания эта доля возрастает

- При увеличении глубины резания и подачи удельное количество тепла в стружке уменьшается
Хотя доля тепла, уходя-щего в инструмент, относительно мала, температура контакта на передней поверхности θ значительно выше температуры стружки θ стр
(см. рисунок)

2. Экспериментальные методы изучения тепловых явлений
Экспериментальные методы благодаря их простоте и надежности являются до сих пор главным инструментом исследования тепловых процессов при резании металлов
Основными объектами изучения являются:
- количество выделяемого тепла и его распределение между стружкой, деталью и инструментом;
температура на контактных поверхностях инструмента;
температурные поля в зоне деформации и реж. клине инструмента

Экспериментальные методы
Калориметрический метод
Позволяет определить количество тепла, переходящего в стружку, инструмент, деталь
Θсм – температура смеси (воды) в калориметре после опыта;
Θв - температура смеси до опыта
Gв , G – масса воды, стружки
С – теплоемкость стружки

2. Метод термопар
Позволяет приблизительно определять температуру резания на передней и задней поверхностях инструмента а) метод подведенной термопары

б) метод естественной термопары
преимущество метода: возможность осуществления при всех видах обработки резанием
в) метод «бегущей» (перерезаемой) термопары

3. Температура резания
На рисунке представлено изменение температуры Θх по передней поверхности.
Максимальное её значение – примерно на середине.
По задней поверхности темпе- ратура также распределена не-равномерно.
Поэтому, температура резания – это средняя температура контакта инструмента по передней и задней поверхности

Температура резания зависит от скорости резания и размеров сечения срезаемого слоя
Существует эмпирическая формула, которая связывает температуру резания со скоростью резания, толщиной и шириной срезаемого слоя
m > n > q,
т.е. на температуру резания наибольшее влияние оказывает скорость резания, затем – толщина срезаемого слоя (подача), и наименьшее – ширина срезаемого слоя.

В чем причина неодинакового влияния величин a и b на температуру резания?
На рис. изображены одина-
ковые резцы, срезающие слой
одинаковой площади.
У первого ширина среза в 2 раза
больше, чем у второго.
А у второго толщина среза в 2 раза больше.
Из исследований известно: чем больше отношение длины движущегося полосового источника к ширине, тем меньше средняя температура трения в пределах контактной площадки

Вывод: для уменьшения температуры резания для заданной площади сечения среза (т.е. производительности обработки)необходимо работать с возможно большим соотношением ширины среза к толщине, т.е. с широкими и тонкими стружками.
Снижению температуры резания способствует интенсивное охлаждение зоны резания (СОЖ, теплопроводность инструментального материала и т.п.)

4. Аналитический метод определения температуры резания, стружки, инструмента
Основной недостаток всех экспериментальных методов – невозможность получить достоверные температурные поля в стружке и режущем клине инструмента
Такое построение стало возможным с применением метода источников тепла:
любое температурное поле можно получить как результат комбинации температурных полей, возникающих под действием системы мгновенных точечных источников

Используя данное уравнение, можно получить выражения, описывающие температурные поля, возникающие под действием источников различной формы (стационарных и движущихся)

Для расчета температурных полей в стружке, детали и режущем клине инструмента была принята упрощенная схема расположения источников тепла