Баланс теплоты при резании материалов. Законы распределения температур

Выделение теплоты при снятии стружки объясняется тем, что в теплоту преобразуется механическая работа, затраченная на срезание стружки:

где

‑ работа, затрачиваемая на упругую и пластическую деформации срезаемого слоя;

‑ работа, затрачиваемая на преодоление сил трения на передней поверхности;

‑ работа, затрачиваемая на преодоление сил трения на задней поверхности;

Практически в теплоту переходит вся работа резания (больше, чем 99,5%). При резании наблюдается сложное переплетение тепловых потоков, поскольку теплота от каждого из трех основных источников распределяется всем телам, участвующим в резании. Введя понятие итоговых тепловых потоков, проходящих через контактные площадки, схему движения тепловых потоков представляют следующим образом.

Зная количество теплоты, выделяемой в процессе резания и распространяемой между стружкой, обрабатываемой деталью, инструментом и средой, можно записать уравнение баланса тепловой и механической энергии при резании:

где

‑ количества теплоты, переходящие соответственно в стружку, инструмент, деталь и окружающую cpеду.

Зная величину и направление итоговых тепловых потоков, можно расчетным путем найти законы распределения температур на контактных площадках. Различные места стружки нагреваются неравномерно. Наибольшее количество теплоты концентрируется в тонких слоях стружки, прилегающих к передней поверхности. Здесь температура намного превышает температуру в зоне сдвига. По мере удаления от передней поверхности резца температура слоев стружки резко падает. В прирезцовом слое максимальная температура наблюдается в середине длины площадки контакта. От этой области температура убывает как по направлению к режущей кромке, так и по направлению к точке отрыва стружки от передней поверхности. Температура обрабатываемого материала, лежащего ниже поверхности резания, значительно меньше температур в стружке и на площади сдвига.

Режущий клин также нагревается неравномерно. Сильнее всего разогрет участок передней поверхности, расположенный в середине длины площадки контакта, тогда как у вершины уровень температур меньше. По мере удаления от передней поверхности температура в режущем клине изменяется гораздо менее значительно, чем температура стружки.

Воздействие высокой температуры в зоне резания на обрабатываемый материал ограничивается его тончайшими слоями соприкасающимися с рабочими поверхностями инструмента, и проявляется в изменении условий трения, контактных нагрузок, напряжений, характера изнашивания и т. д.

Дата добавления: 2014-01-15