Реферат: Исследование температуры в зоне резания при точении

Следовательно, наиболее высокая температура — температура резания — должна наблюдаться в стружке в зоне контакта еес передней поверхностью инструмента, так как здесь концентрируется

наибольшее количество теплоты,

образующейся в результате деформации стружки и трения ее по передней поверхностирезца. Например, наибольшее количество теплоты, образующейсявследствие деформации (на поверхности АМ), остается в стружкеи частично поглощается обрабатываемой деталью. Теплота трениястружки (на поверхности АО) остается в основном в стружкеи частично (3—5%) направляется в инструмент. Теплота тренияпо задним граням инструмента (поверхность АР) направляетсяв деталь и резец. При обработке металлов с низкой теплопроводностью, например жаропрочных и титановых сплавов, в резецотводится до 20—40% всей теплоты.

Потери теплоты от конвекции и радиации в процессе резания ничтожно малы; невелико количество теплоты, уходящейв деталь, так как стружка весьма быстро формируется в зоне
резания и столь же быстро проходит зону контакта с резцом.Однако теплота, поглощаемая изделием из жаропрочных сталейи сплавов, резко возрастает и при малых скоростях может достичь 35—45% всей теплоты резания.

Пренебрегая работой трения по задним граням инструмента(которая мала при достаточно острой режущей кромке и большомзаднем угле), можно полагать, что подавляющее количество
теплоты должно сосредоточиваться в стружке. Опыты Н. Н. Савина, Я. Г. Усачева, С. С. Можаева и др., определявших количество теплоты в стружке калориметрическим методом, показали,
что в зависимости от скорости резания, глубины резания и подачипри обработке конструкционной стали в стружке содержалось60—80% всей теплоты резания, а при скоростных режимах резания свыше 90%.

На рис. 2, а показана схема сил, действующих в зоне резания. Считая, что вся работа резания в единицу времени , работа трения стружки по передней поверхности —усадка стружки), получим работу деформации стружки

Но (пренебрегаем силой трения по задней поверхности резца) и, следовательно, работа деформации стружки

,

где.

Повышение температуры стружки благодаря ее деформациисоставит в среднем

где — средняя температура стружки, когда последняя покидает зону деформации, в °С;

—температура окружающейсреды в °С; — коэффициент, учитывающий потерю теплоты
на скрытую энергию деформации (принимаем = 0,95); —коэффициент, учитывающий переход части тепла в изделие (поВейнеру = 0,1 при v = 100 м/мин, = 0,05 при

v = 300 м/мин); Е — механический эквивалент теплоты (Е = 427 *10 ^-3 кгсм/ккал);

с—теплоемкость нагретой стружкив ккал/кгсград; d — плотность стружки (7,8 *10^-6 кгс/мм³ );

b — ширина среза в мм; а — толщина среза в мм.

Рис. 2. Схема сил, действующих в процессе резания (а)

и схема контакта стружки и резца (б)

Принимая — р кгс/мм² (удельная сила резания) и пренебрегая значением , получим

Покидая зону деформации, нагретая до температуры стружка трется по передней поверхности резца со скоростью на площади контакта шириной b и длиной l (рис. 2, б).

Теплота работы силы трения по передней грани в единицу времени

Чтобы определить температуру на передней поверхности резца,полученную в результате трения стружки, будем рассматриватьрезец как твердый стержень с поперечным сечением, равным bl, на одной стороне которого поддерживается постоянная температура . Для решения поставленной задачи используетсяуравнение теплопроводности

,

где— температуропроводность; — теплопроводностьрезца; с' — теплоемкость резца; d'— плотность; — время, в течение которого стружка проходит площадь контакта длиной l ;

.

Решая уравнение по М. П. Левицкому, при начальныхи граничных условиях при x = 0, при , получим уравнение

,