10.6.Тепловые явления при резании

Резание сопровождается образованием теплоты. Количество теплоты Q (Дж/мин), выделяющейся в единицу времени. Q=PzV.

Причинами образования теплоты являются упруго-пластическое деформирование в зоне стружкообразования, трение стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента, трение задних поверхностей лезвия инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки

Тепловой баланс процесса резания можно представить тождеством:

Q=Q_д+Q_пп+Q_зп=Q_с+Q_з+Q_р+Q_л

где: Q_д – количество теплоты, выделяющейся при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала, Дж;

Q_пп – количество теплоты, выделяющейся при трении стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента, Дж;

Q_зп – количество теплоты, выделяющейся при трении задних поверхностей лезвия инструмента о заготовку, Дж;

Q_с – количество теплоты, отводимое стружкой, Дж;

Q_з – количество теплоты, отводимое заготов­кой, Дж;

Q_р – количество теплоты, отводимое режущим инструментом, Дж;

Q_л –количество теплоты, переходящее в окружающую среду (теплота лучеиспускания), Дж..

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.

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800÷1000⁰С) вызывает структурные превращения в материале, из которого он изготовлен, снижение твердости инструмента и потерю его режущих способностей.

Нагрев инструмента вызывает изменение его геометрических размеров, что влияет на отклонение размеров и формы обработанных поверхностей. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарно-винторезном станке удлинение резца при повышении его темпе­ратуры изменяет глубину резания, и обработанная поверхность может получиться конусообразной. Нагрев заготовки вызывает изменение ее размеров. Вследствие жесткого закрепления на станке заготовка начинает деформироваться. Температурные деформации инструмента, приспособлений, заготовки и станка изменяют глубину реза­ния и снижают точность формы и размеров ее поверхности.

Отклонение формы обработанных поверхностей возрастает в связи с тем, что температурное поле переменно по объему заготовки. После охлаждения у заготовки происходит дополнительное отклонение формы обработанной поверхности. Температурные погрешности, влияющие на отклонение формы и размеров обрабатываемой заготовки, следует учитывать при наладке станков, особенно автоматов и полуавтоматов.

Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на резание обработку следует вести с применением смазочно-охлаждающих технологических сред. В зависимости от технологического метода обработки, физико-механических свойств материалов обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, а также от режима резания применяют различные смазочно-охлаждающие технологические среды, которые можно разделить на следующие группы:

жидкости– водные растворы солей, эмульсии, растворы мыл; минеральные, животные и растительные масла; минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфофрезолы); керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине; масла и эмульсия с добавлением смазывающих веществ – графита, парафина, воска;

газы и газообразные вещества – газы С0₂, СС1₄, N55; пары поверхностно-активных веществ; распыленные жидкости (туман) и пены;

твердые вещества– порошки воска, парафина, петролатума, битума, мыльные порошки.

Чаще всего при обработке резанием применяют смазочно-охлаждающие жидкости. Обладая смазывающими свойствами, жидкости снижают внешнее трение стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента и задних поверхностей лезвия инструмента о заготовку. Одновременно снижается работа деформирования. Общее количество теплоты, выделяющейся при резании, уменьшается. Смазочно-охлаждающие средства отводят теплоту во внешнюю среду, охлаждая тем самым режущий инструмент, деформируемый слой и обработанную поверхность заготовки.