Тепловыделение при резании металлов.

Одним из физических процессов, сопровождающих стружкообразование и разрушение конструкционного материала резанием, является тепловыделение. Практически вся механическая работа, затрачиваемая на срезание припуска с заготовки, превращается в теплоту. Полное количество теплоты Q, выделяющейся в единицу времени, можно определить из выражения, Дж/с,

Q≈P_zv.

Теплота генерируется в результате упругопластического деформирования материала заготовки в зоне стружкообразования, трения стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента, трения задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки (рис. 3.5.1). Тепловой баланс процесса резания можно представить тождеством, Дж:

где Q_д - количество теплоты, выделяемой при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала; Q_nn - количество теплоты, выделяемой при трении стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента; Q_зn - количество теплоты, выделяемой при трении задних поверхностей инструмента о заготовку; Q_с - количество теплоты, отводимой стружкой; Q_заг ^_ количество теплоты, отводимой заготовкой; Q_и - количество теплоты, отво­димой режущим инструментом; Q_л - количество теплоты, отводимой в окружающую среду (теплота лучеиспускания).

В зависимости от технологического метода и условий обработки стружкой отводится 25 ... 85 % всей выделившейся теплоты; заготовкой 10 ... 50 %; инструментом 2 ... 8 %. Количественное распределение теплоты зависит главным образом от скорости резания (рис. 3.5.2).

Рис. 3.5.1. 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. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке удлинение резца при по­вышении его температуры изменяет глубину резания, и обработанная поверхность получается конусообразной. Нагрев заготовки вызывает изменение ее геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления на станке заготовка деформируется. Температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.

Рис. 3.5.2. Распределение теплоты резания в зависимости от скорости резания

Погрешность формы обработанных поверхностей возрастает из-за непостоянства температурного поля по объему заготовки в процессе обработки (рис. 3.5.3, а), и после охлаждения обработанной заготовки возникают дополнительные погрешности обработанной поверхности (рис. 3.5.3, б). Температурные погрешности следует учитывать при наладке станков. Для определения погрешностей необходимо знать температуру инструмента и заготовки или количество теплоты, переходящей в них (см. рис. 3.5.2).

Рис. 3.5.3. Влияние нагрева на заготовку: