Пути интенсификации методов механической обработки Пути управления тепловыми явлениями при резании с целью повышения эффективности процесса и стойкости режущего инструмента
Различные способы управления тепловыми явлениями направлены на решение двух основных задач:
общее изменение теплового состояния в зоне резания (уменьшение или увеличение температуры резания).
Направленное изменение температуры (уменьшение или увеличение) отдельных участков поверхности инструмента или заготовки.
Для решения первой задачи можно использовать следующие способы управления:
Регулирование интенсивности теплообразования в зоне резания за счет изменения элементов режима резания, геометрии и конструкции режущего инструмента. Изменяя форму и геометрические параметры режущей части инструмента, можно влиять на интенсивность и направление тепловых потоков, обеспечивающих отвод теплоты из зоны резания через инструмент.
Выбор количества одновременно работающих режущих клиньев режущего инструмента. Увеличение или уменьшение количества одновременно работающих режущих клиньев соответственно повышает или снижает температуру резания.
Применение ротационного резания (рис.60). При ротационном резании кроме двух основных движений (Dr и Ds), необходимых для осуществления процесса резания, имеется движение резца вокруг собственной оси (Dр). Движение Dр может быть принудительным или осуществляться за счет трения резца о заготовку, которое регулируется углом μ. Уменьшение температуры в зоне резания при ротационном резании происходит за счет того, что в контакт с заготовкой периодически входят уже охлажденные участки режущей кромки. Кроме того, при такой схеме резания уменьшается коэффициент трения за счет частичной замены трения скольжения трением качения.
Рис. 60 Схема
ротационного резания
4. Регулирование теплообмена инструмента и заготовки с окружающей средой (применение смазывающей охлаждающей жидкости, подогрева срезаемого слоя). Основным потоком теплоотвода из зоны обработки является тепловой поток от поверхностей режущего инструмента не занятых стружкой. Поэтому главным объектом охлаждения при использовании смазывающей охлаждающей жидкости является режущий инструмент.
5. Регулирование интенсивности вторичного теплообмена между режущим инструментом и сходящей стружкой. Это достигается за счет различных мероприятий, связанных с дроблением и удалением стружки из зоны обработки.
6. Регулирование длительности контакта режущего инструмента и обрабатываемой заготовки за счет искусственного прерывания процесса резания и других способов.
Для решения второй задачи используются следующие меры:
Регулирование размеров контактных площадок инструмента. Например, уменьшение длины контакта Сγ (рис.61) за счет создания канавки на передней поверхности ведет к снижению коэффициента трения. В результате снижается сила резания Pz и количество выделившейся теплоты Q , а следовательно и температура на передней поверхности. Большое влияние на температуру оказывает угол μ, под которым проведена передняя стенка канавки. Уменьшение данного угла приводит к повышению теплоотвода в инструмент и снижению температуры на передней поверхности.
Применение дополнительных теплоотводящих кромок. Как показано на рис.62, такие кромки, снимая небольшой слой материала, незначительно увеличивают общее количество теплоты, образующейся при резании. Вместе с тем, соприкасаясь с заготовкой, они способствуют отводу тепла из инструмента в заготовку.
Рис. 61 Регулирование
размера длины контакта стружки с
передней поверхностью
инструмента
Рис. 62 Применение
дополнительных теплоотводящих кромок
Рис. 63 Форма
режущего инструмента
Выбор размеров и формы режущих элементов режущего инструмента (рис.63). При одном и том же значении вспомогательного угла в плане пластины с разным числом граней будут иметь различные главные углы в плане. При постоянных значениях глубины резания и подачи разные главные углы в плане будут вызывать различное изменение сил резания, коэффициента укорочения стружки, поскольку изменяются толщина и ширина срезаемого слоя. С другой стороны, чем меньше граней имеет пластина, тем меньше теплоотвод в нее от контактной площадки на передней поверхности. Таким образом, форма и размер режущего элемента определяют условия теплоотвода из зоны резания и увеличение числа граней пластины температура на передней поверхности будет уменьшаться.
4. Выбор теплофизических характеристик инструментального материала. Изменение коэффициента теплопроводности инструментального материала может служить средством не только общего, но и направленного регулирования температуры. Увеличение коэффициента теплопроводности, как правило, снижает температуру на передней поверхности за счет повышения теплоотвода в инструмент, но повышает температуру его задней поверхности. Причина повышения температуры на задней поверхности заключается в том, что теплота, поступающая в инструмент со стороны передней поверхности, с увеличением коэффициента теплопроводности все более активно передается через режущий клин в сторону задней поверхности, подогревая ее. Отсюда следует, если инструмент изнашивается в основном по передней поверхности, то для уменьшения тепловой нагрузки на данную поверхность следует применять инструментальные материалы большой теплопроводности. Если же необходимо снизить тепловую нагрузку на заднюю поверхность инструмента, то следует использовать инструментальные материалы с меньшим коэффициентом теплопроводности.
5. Выбор схемы подвода смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания. Применяя различные схемы подвода жидкости (со стороны передней поверхности или задней, поливом или через тело инструмента) можно создавать необходимое тепловое состояние зоны обработки и контактных площадок режущего инструмента.