7.3. Влияние на температуру различных факторов процесса резания

Оценивая влияние факто­ров на температуру реза­ния, следует учитывать изменение условий подвода и отвода теплоты в этой зоне. Другими словами, можно сказать, что на температуру резания оказывают влияние те же факторы, что и на изменение теплового баланса. Рассмотрим, как будет изменяться температура резания в зависимости от скорости резания, ширины и толщины среза, физико-механических свойств обрабатываемого материала и других факторов.

Влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала. На силы резания, а следовательно, на работу резания и количество выделяющейся теплоты, а также на условия теплоотвода оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материа­ла. На температуру резания они влияют так же, как и на силу резания P_z, т. е. имеется тенденция к увеличению θ с повышением прочно­сти, твердости и пластичности обрабатываемого материала. Большое воздействие на температуру резания оказывает теплопроводность обраба­тываемого материала и характер его микроструктуры. Чем выше теплопроводность обрабатываемого ма­териала, тем ниже θ, так как отвод теплоты от места ее выделения в стружку и в деталь более интенсивен. Кроме того, при обработке сталей со структурой зер­ни­стого перлита сила и температура резания значительно выше, чем при обработке ста­лей со структурой пластинчатого перлита. Это объясняется тем, что пластичность структуры зернистого перлита гораздо выше, чем у пластинчатого перлита.

В настоящее время довольно широко применяются жаропрочные, нержавеющие и другие труднообрабатываемые стали с высоким содержанием таких легирующих элементов, как Cr, Ni, W, Mn и т. д. Эти стали имеют аустенитную структуру и отли­чаются низкой теплопровод­ностью. При обработке таких сталей температура ре­зания значительно выше, чем при обработке обычных сталей перлитного класса. Еще меньше теплопроводность титано­вых сплавов, а поэтому θ при обработке их очень высокая.

Влияние скорости резания. С увеличением скорости резания возрастает коли­чество теплоты, выделяющейся в зоне резания, а также температура нагрева детали, стружки и инструмента. Од­нако рост температуры в зоне резания отстает от роста скорости резания. Это от­ставание особенно усиливается в зоне высоких скоростей, что видно на отдельных участках кривой, представленной на рис. 7.6. Кривую можно разбить на отдельные участки и получить простые зависимости вида

,

где - коэффициент, учитывающий влияние на темпе­ратуру резания всех остальных факторов, кроме скорости резания;

x_V - показатель степени, указы­вающий интенсив­ность влияния скорости резания на повышение .

Обычно x_V < 1, и при обработке стали со скоростями резания V = 10...20 м/мин x_V = 0,5; при V = 25...45 м/мин

x_V = 0,4; при V = 45. ..180 м/мин x_V = 0,2.

Температура в зоне резания при тяжелых условиях работы может достигать 1000. ..1100 ° С. С увеличением V растет мощность резания и, следова­тельно, коли­чество выделяемой теплоты. Но непосредственно в резец переходит очень небольшое ее количество, а основное - уносится стружкой. Поэтому, хотя с увеличением скорости резания V температура резания повышается, этот рост все время замед­ляется. Кроме того, допущение о том, что изменяется пропорционально V, не совсем пра­вильно, так как по мере увеличения V сила резания P_z уменьшается. Унос теплоты стружкой тоже растет с повы­шением скорости резания, и поэтому нет прямой зависи­мости изменения температуры резания  от изменения V.

Рис. 7.6. Зависимость температуры от скорости резания

Влияние элементов сечения среза. С увеличением ширины среза b прямо про­порционально растет сила, работа резания и количество выделяющейся теплоты. Во столько же раз увеличивается и длина активной части режущей кромки (рис. 7.7), а соответственно и отвод теплоты. Поэтому с увеличением b температура резания изме­няется незначительно. Экспериментально установлена зависимость

,

где , — коэффициент, учитывающий влияние на темпе­ратуру резания всех остальных факторов, кроме ширины среза;

y_V - показатель степени, учитывающий влияние ширины среза на повышение : обычно y_V = 0,1.

Рис. 7.7. Длина активной части режущей кромки резца

при различной ширине среза

В зависимости от толщины срезаемого слоя а сила P_z увеличивается примерно в степени 0,75. Также увели­чивается работа резания и количество выделяемой тепло­ты. Одновременно растет, хотя и в меньшей степени, площадь контакта стружки с передней поверхностью резца. Это несколько улучшает условия от­вода теплоты, поэтому увеличение температуры отстает от роста толщи­ны среза:

,

где z_V = 0,2…0,3.

Влияние геометрических параметров инструмента. С изменением переднего угла инструмента изменяются условия подвода и от­вода теплоты, а следовательно, и температуры резания. С увеличением  уменьша­ется сила, а следовательно, и работа резания, а также ко­личество выделившейся теп­лоты. Однако при этом ухуд­шаются условия ее отвода, так как уменьшается угол за­острения , т. е. массивность головки резца. Поэтому существует некоторый опти­мальный угол , при котором уменьшаются силы резания и количество выделив­шейся теплоты. С увеличением  выше оптимального уменьшает­ся массивность головки резца, ухудшаются условия теплоотвода, растет температура резания (рис. 7.8). Анало­гично влияет на температуру также задний угол ..

Рис. 7.8. Зависимость температуры резания от переднего угла инструмента

С уменьшением главного угла в плане  увеличивается угол при вершине , что приводит к возрастанию массы головки резца и улучшению теплоотвода, а сле­довательно, к уменьшению , и наоборот (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Зависимость температуры резания от главного угла инструмента в плане

Влияние смазывающе-охлаждающих жидкостей. Смазывающе-охлаждающие жидкости не только способствуют уменьшению тепло­выделения (за счет облегчения процесса стружкообразования и уменьшения трения), но по­глощают и отводят часть выделенного тепла, снижая тем самым темпе­ратуру резания. При этом чем выше теплоемкость и теплопроводность сма­зывающе-охлаждающей жид­кости, тем вы­ше эффект охлаждения.

Рис. 7.10. Зависимость температуры и износа резцов ВК6М от

скорости резания при точении титанового сплава ВТ14:

В качестве примера приведем результаты исследований. На рис. 7.10 представлены графики зависимостей температуры от скорости резания при точении титанового сплава ВТ14 резцами ВК6М с различными СОЖ, подаваемыми в зону резания поливом и в распыленном состоянии.

Максимальное снижение температуры резания по сравнению с обработкой всухую (на 50…70^о С) обеспечивает водный раствор NaJ, затем следует 1,5% эмульсия ЭТ-2 (снижение температуры на 40…50^о С). СОЖ на масляной основе снижают температуру в наименьшей степени (20…30^о С).

Из рис. 7.10 видно, что во всем исследованном диапазоне режимов резания применение всех СОЖ обычным поливом обеспечивает больший эффект по сравнению с этими же СОЖ, подаваемыми в зону резания в распыленном состоянии.