Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Машиностроение

Источники образования теплоты и отвод теплоты из зоны резания. Уравнение теплового баланса.  Просмотрен 2782

Процесс резания металлов сопровождается значительным тепловыделением в результате того, что механическая работа резания переходит в тепловую энергию. Основными источниками возникновения тепла в зоне резания являются:

-внутреннее трение между частицами срезаемого слоя в результате его пластической деформации при образовании стружки;

-трение стружки о переднюю поверхность инструмента;

-трение поверхности резания и обработанной поверхности по задним поверхностям инструмента.

Наиболее интенсивное выделение тепла происходит в области стружкообразования, прилегающей к плоскости скалывания. В этой области теплота выделяется в результате двух одновременно протекающих процессов: во-первых, в результате пластической деформации сдвига элементов образующейся стружки по плоскости скалывания; во-вторых, в результате пластической деформации сжатия и частично пластической деформации смятия тонкого слоя металла примыкающего к плоскости скалывания со стороны срезаемого слоя припуска.

Упругая деформация всегда предшествует пластической деформации и потому имеет место и при пластической деформации срезаемого слоя при резании металлов. Пластическая деформация в этом слое обнаруживается путем измерения микротвердости и существует по той же причине, что и деформация материала под поверхностью резания и под обработанной поверхностью. Возможно, количество тепла, выделяющегося в результате упругой деформации невелико, но предполагать вероятность этого процесса и учитывать его существование необходимо.

Общее количество выделяющегося при резании тепла равно сумме тепла, выделевшегося во всех перечисленных выше источниках: Qобщ=Q1+Q2+Q3

Тепло, образующееся в процессе резания (Q) распространяется от точек с более высокой температурой к точкам с низкой температурой. Из зоны резания тепло уносится со стружкой (q1), передается в заготовку (q2) и инструмент (q3) и распространяется в окружающую среду (q4).Тепловой баланс процесса резания может быть выражен уравнением: Q=q1 + q2 + q3 + q4

Соотношение количества тепла, отводимого со стружкой в деталь, в инструмент и окружающую среду, зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрии режущего инструмента и внешних условий, в которых осуществляется резание.

На температуру резания при точении оказывают влияние следующие факторы: обрабатываемый материал, элементы режима резания (скорость, подача, глубина резания), геометрические элементы режущей части резца и его размеры, смазывающе-охлаждающая жидкость.

 

4. Измерение температуры в зоне резания.

При резании почти вся энергия, затрачиваемая на деформирование, разрушение и трение, переходит в тепловую. Исследования процессов теплообразования при резании позволили определить направление и интенсивность тепловых потоков, градиенты температур в контактных областях и характеристики температурного поля в зоне резания, деталью и окружающей средой, а также получить качественное и количественное представление о тепловом балансе при резании различных материалов. Знание этих закономерностей имеет большое значение для рационального конструирования и эксплуатации режущих инструментов, применения эффективных методов смазки и охлаждения, повышения точности и качества поверхности обработанных деталей.

Уравнение теплового баланса можно представить следующим образом:

Q1+Q2+Q3=q1+q2+q3+q4,

где Q1 – количество тепла, эквивалентное энергии, затраченной на деформирование и разрушение при стружкообразовании и формировании поверхностного слоя;

Q2 – количество тепла, эквивалентное работе сил трения при контакте передней поверхности клина и деформированного материала;

Q3 – количество тепла, эквивалентное работе сил трения на задней поверхности клина при переходе деформированного материала в поверхностный слой детали;

q1 – количество тепла, уходящее в стружку;

q2 – количество тепла, идущее в деталь;

q3 – количество тепла, переходящего в режущий инструмент;

q4 – количество тепла, передающееся окружающей среде.

Предыдущая статья:Сверхтвердые материалы Следующая статья:Распространение тепловых потоков.
page speed (0.0113 sec, direct)