ВЛИЯНИЕ НА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Способ естественной термопары позволяет оценить влияние на температуру режимов резания и геометрических параметров инструмента. Пользуясь методом однофакторного эксперимента, с обработкой полученных данных в логарифмических координатах, для расчета температуры резания были получены эмпирические зависимости типа

, (5.2)

где С_θ - температурный коэффициент, характеризующий влияние механических и теплофизических свойств обрабатываемого и инструментального материалов; v, s, t - соответственно скорость, подача и глубина резания; m,n,q- показатели степени, характеризующие влияние на температуру режимов резания; К_ИН, К_СОТС -коэффициенты, характеризующие влияние на температуру резания соответственно геометрии инструмента и применяемых СОТС. Для примера приведем два уравнения такого типа, полученные для случая точения конструкционной стали:

• резцом из быстрорежущей стали Р18

, (5.3)

• резцом, оснащенным твердым сплавом Т15К6,

, (5.4)

Из этих уравнений следует, что показатели степеней при v, s и t меньше 1 и по степени влияния на температуру располагаются в следующей последовательности: т > п > q. Разные значения показателей степеней для быстрорежущего и твердосплавного инструментов объясняются тем, что последние работают в области высоких скоростей, когда температура резания θ > 600°. В этом случае с дальнейшим ростом скорости резания в значительной мере снижаются деформации металла, сила резания, коэффициент трения и поэтому показатели степени становятся меньше.

Наибольшее влияние на температуру резания оказывают скорость и свойства обрабатываемого и инструментального материалов, в частности их теплопроводность, прочность и пластичность.

На рис. 5.7 приведены типовые кривые влияния скорости на температуры резания θ некоторых обрабатываемых материалов. При этом каждая из кривых имеет очень крутой начальный участок, который соответствует такому изменению скорости резания, когда она меньше скорости распространения теплоты (v < v_θ), и поэтому большая часть теплоты успевает перейти в заготовку. При более высоких скоростях резания температура нарастает значительно медленнее, так как сокращается время контакта инструмента со стружкой, несущей основную долю теплоты.

На расположение и уровень кривых (см. рис.5.7) кроме теплопроводности влияют также (через изменение тепловой мощности источников теплообразования) и такие механические свойства материалов, как прочность и пластичность.

Рис. 5.7 Влияние скорости v на температуру резания θ при чистовом точении некоторых металлов: 1 - алюминий; 2 - латунь; 3 - малолегированная сталь; 4 - высоколегированная сталь; 5 - титановый сплав ВТЗ-1

Влияние подачи s и глубины резания t на температуру резания θ менее заметно, что видно из рис. 5.8. Различие во влиянии подачи s и глубины резания t объясняется тем, что с ростом глубины резания t пропорционально увеличивается площадь контакта стружки с инструментом и, следовательно, улучшается теплоотвод из зоны контакта, при этом температура резания изменяется весьма незначительно. С ростом же подачи s возрастает объем деформируемого материала и давление на передней поверхности резца.

Рис. 5.8. Влияние подачи s и глубины t на температуру резанияθ:

а - сталь 40, t = 4 мм; б - сталь 45, Т15К6, v = 100 м/мин

На изменение отношения s/t оказывает влияние главный угол в плане φ, с уменьшением которого толщина стружки а уменьшается, а ширина b увеличивается. При этом условия теплоотвода улучшаются, а температура резания θ снижается (рис. 5.9, а). Аналогичное влияние на температуру резания оказывает и увеличение радиуса закругления при вершине резца r в плане (рис. 5.9, б).

Выявленные закономерности влияния v, s и t на температуру резания θ позволили установить следующий порядок назначения режимов резания:

1)устанавливают максимальную толщину срезаемого слоя t, исходя из припуска на обработку и условия прочности режущего инструмента;

2)выбирают наибольшую подачу s, допускаемую прочностью инструмента и режущей пластины;

3)рассчитывают скорость резания v, допускаемую заданной стойкостью инструмента.

Передний угол γ влияет на температуру резания θ следующим образом. С его увеличением снижается мощность источника теплообразования в зоне первичной деформации и несколько ухудшаются условия отвода теплоты в инструмент в районе главной режущей кромки. Поэтому на температуру резания передний угол γ не оказывает большого влияния.

Рис. 5.9 Влияние главного угла в планеφи радиуса при вершине резца r на температуру резанияθ: а- сталь 45, Т15К6; б- сталь 45, Р6М5

Еще меньшее влияние на температуру резания оказывает угол наклона главной режущей кромки λ,.

В случае косоугольного кинематического резания, осуществляемого в результате перемещения режущей кромки, с ростом угла λ_К температура резания заметно снижается за счет уменьшения сил трения на передней поверхности резца, снижения степени деформации металла и охлаждения режущего лезвия в момент его выхода из-под стружки.

Метод термочувствительных покрытий основан на способности ряда веществ изменять свой цвет под воздействием температуры. Если нанести тонкий слой термокраски на боковую поверхность резца, то, используя тарировочные таблицы и оценивая изменение цвета под действием температуры на разных участках, можно построить изотермы - кривые постоянных температур в режущем клине. Однако при этом следует помнить, что этот метод определения температуры резания недостаточно точен при определении температуры вблизи контактных поверхностей режущего клина.

Радиационный метод основан на измерении температуры с помощью оптических фотоэлектрических датчиков и специальных приборов, позволяющих измерять температуру в инфракрасной части спектра в отдельных точках боковой поверхности резца и зоны резания. Результаты таких измерений, выполненных Г. Бутройдом (Великобритания), показаны на рис.5.10.

Рис. 5.10 Температурное поле в зоне резания, полученное с помощью радиационного метода (сталь, v = 23 м/мин, s = 0,6 мм/об, γ = 30°)