ТОЧНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
RUS / ENGL

Фрезерование твердых материалов: тепло резания

Тепло резания в процессе обработки металла сильно влияет на структуру и свойства поверхности резания. Поэтому режимы резания необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечить минимально возможный перенос тепла резания в обрабатываемую деталь. Исследования показали, что в этом случае температура поверхности резания детали может даже соответствовать начальной температуре.

Температура поверхности резания определяет также величину и направление остаточных напряжений в поверхностном слое детали после ее обработки. Так высокие тепловые нагрузки обусловливают возникновение напряжения в обработанной поверхности, что, в свою очередь, может привести к возникновению волосяных трещин в поверхности детли.

Какие режимы резания обусловливают минимальное тепло резания?

Известно, что при высокоскоростной обработке резанием уменьшается часть тепла, поступающего в обрабатываемую деталь, потому что большая часть тепла резания отводится стружкой. Несомненно, что при увеличении скорости резания увеличивается и общий объем тепла резания. Сведения о том, какая часть общего тепла резания фактически переходит в обрабатываемую деталь при обработке с высокой скоростью резания были получены в ходе экспериментального высокоскоростного фрезерования инструментальной стали с высокими прочностью и твердостью. Такой эксперимент позволил выявить влияние скорости резания и подачи на температуру поверхности резания непосредственно в процессе фрезерования. Кроме того, возможно определить оптимальные режимы резания, соответствующие минимальному переносу тепла резания в обрабатываемую деталь.

Для практического использования в уравнениях температура поверхности резания обрабатываемой детали выражается в зависимости от общего тепла резания. Реальное обоснование подобного математического выражения заключается в том, что температура поверхности резания зависит от части общего тепла резания, которая переходит в обрабатываемую деталь. В свою очередь, общее тепло резания определяется как произведение скорости резания vc и силы резания Fc. Силу резания измеряли в процессе экспериментов одновременно с температурой поверхности резания.

Температура уменьшается при увеличении подачи на зуб

Экспериментальным путем были выведены следующие закономерности:

  • увеличение температуры поверхности резания носит дегрессивный характер до скорости резания 500 м/мин, а затем имеет место приблизительно линейное увеличение;
  • дальнейшее прогрессивное увеличение температуры наступает при скорости резания свыше 1000 м/мин (здесь проявляется также влияние увеличения ширины ленточки износа по задней поверхности практически до критической величины 0,25 мм);
  • температура поверхности резания ниже при обработке с большей подачей;
  • температура поверхности резания в процессе обработки имеет достаточно низкие значения, т.е. под влиянием тепла резания не происходит отпуск закаленной структуры обрабатываемого материала.

Кроме того, на основании экспериментальных данных были получены соответствующие эмпирические уравнения для расчета температуры поверхности резания. Это уравнение выражается в виде функции Тповерхности резания = f(vc,fz) или в виде полинома y = b + c1 x + c2 x2 + c3 x3, где b и с1,c2,c3 — постоянные.

Работа резания и тепло резания

Техническая величина <механическая работа>, которая соответствует одной секунде обработки (резание), приблизительно эквивалентна общему объему тепла, выделяющегося за то же время.

Эмпирическое уравнение для определения механической работы А, которая совершается за одну секунду обработки, имеет следующий вид: А [J/s] = Fc[N] x v [м/с].

Механическая работа, соответствующая полному времени обработки, принимается за работу резания. Механическая работа позволяет оценивать процесс резания с энергетической точки зрения и определять требуемую мощность привода металлорежущего станка. Затраты энергии при фрезеровании увеличиваются пропорционально увеличению подачи. Фрезерование с подачей fz, равной 0,05 мм/зуб, является наименее энергозатратным.

Мощность резания (механическая работа в единицу времени) увеличивается при увеличении скорости резания. Большая часть механической работы при резании превращается в тепло. Вопрос заключается в том, как часть общего объема тепла резания, поступающего в обрабатываемую деталь, изменяется в зависимости от скорости резания и подачи. Объем тепла, поступающего в обрабатываемую деталь, неизвестен. Однако, между температурой поверхности резания и объемом тепла, поступающего в обрабатываемую деталь, существует прямо пропорциональная зависимость.

При фрезеровании с подачей 0,05 мм/зуб отношение этих параметров увеличивается при увеличении скорости резания. При фрезеровании с подачей 0,125 мм/зуб отношение этих параметров увеличивается еще более явно при увеличении скорости резания, т.е. часть тепла резания, поступающего в обрабатываемую деталь, также уменьшается при одновременном линейном увеличении производительности обработки резанием.

Относительное изменение работы и температуры при резании

Работа резания увеличивается практически линейно при увеличении скорости резания, хотя сила резания Fc уменьшается при увеличении скорости резания. При увеличении скорости резания на 228% сила резания уменьшается «всего» на 40%. Это позволяет сделать вывод о том, что уменьшение силы резания оказывает лишь незначительное влияние.

На основании экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

  • работа резания увеличивается при увеличении скорости резания относительно значения работы, соответствующего скорости резания 300 м/мин (vc,min); при скорости резания 1150 м/мин (vc) работа резания на 227% выше независимо от выбранной подачи;
  • увеличение температуры поверхности резания обрабатываемой детали достигает минимального значения при максимальной подаче;
  • часть тепла резания, поступающего в обрабатываемую деталь, явно зависит от подачи; при увеличении подачи эта часть тепла уменьшается;
  • расхождение кривых относительной температуры и относительной работы резания свидетельствует об изменении части тепла резания, поступающего в обрабатываемую деталь;
  • при скорости резания от 500 до 1000 м/мин уменьшается часть тепла резания, поступающего в обрабатываемую деталь; при скорости резания свыше 1000 м/мин эта часть тепла резания увеличивается.

Выводы

Экспериментальная обработка металлов с высокими прочностью и твердостью показала, что при скорости резания от 500 до 1000 м/мин уменьшается часть тепла резания, поступающая в обрабатываемую деталь. Подача оказывает более интенсивное влияние на эту часть тепла резания, чем скорость резания. При большой подаче часть тепла резания, поступающего в обрабатываемую деталь, уменьшается сверх пропорционально, а температура поверхности резания обрабатываемой детали понижается (хотя общий объем тепла резания увеличивается). Отсюда делается вывод, что при обработке с большими подачами (обработка с большим съемом материала детали) поверхность обработанной детали подвергается меньшим тепловым нагрузкам.

Было выявлено, что температура поверхности резания увеличивается при увеличении скорости резания, несмотря на уменьшение части тепла резания, поступающего в обрабатываемую деталь. Следовательно, общий объем тепла резания постоянно увеличивается при увеличении скорости резания.



По материалам сайта www.stankoinform.ru




Другие статьи по сходной тематике:



Полный каталог статей



ООО «Точмех» — услуги обработки металла в Санкт-Петербурге, металлообработка компании, фрезерование, механообработка деталей

Конфиденциальность и защита информации