0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Износ по задней грани h3, мм

Рис. 4 Температура обрабатываемой детали при резании вращающимся резцом в зависимости от подачи s и износа резца причиной того, что теплота резания сосредоточивается в передней части резца, прилегающей к его вершине, что способствует ее пластической деформации. При этом режущие способности инструмента сохраняются ввиду его значительной красностойкости. Однако очень высокий температурный градиент, свойственный минералокерамическому резцу, способствует тепловому удару, разрушающему режущую кромку инструмента.

Любопытно, что нагрев державки с малотеплопроводной режущей пластиной из твердого сплава и особенно минералокерамики происходит не только посредством контактной передачи тепла от пластины к державке, но и в значительной степени через лучеиспускание от стружки и поверхности резания, перемещающихся мимо резца и передающих ему часть теплоты. Это имеет существенное значение для стойкости режущего инструмента и точности обработки детали, зависящей от температурной деформации резца.

На рис. 6 показаны кривые температурного удлинения минералокерамического резца при обработке стали ОХН4М. Можно заметить значительное уменьшение деформации резца

Рис. 5 Температурное поле в зоне резания и резца.

5 10 15 20 Продолжительность работы резца Т, мин

Рис, 6 Кривые температурного удлинения минералокерамического резца:

1 — l = 1,5 мм, 2 — l = 3 мм, 3 — стружка отводилась от резца или задние грани державки изолировались

с удалением режущей кромки от державки резца или при изоляции задней поверхности резца.

Эффект лучеиспускания в большой степени зависит от способности тела поглощать тепловые лучи. Например, абсолютно черное тело поглощает все падающее на него тепло — условный коэффициент = 1:

Значения для различных тел

Чугун шероховатый, сильно окисленный ……….0,94 Железо матовое окисленное …………………… .0,96 Железо блестящее отполированное………………0,29 Медь полированная…………………………….0,13—0,17

Медь прокатанная………………………………….0,64 Медь шероховатая…………………………………0,76 Серебро…………………………………………… 0,03

Сажа, уголь…………………………………………0,95

Эти данные представляют значительный интерес, так как показывают большую роль блестяще обработанных граней, режущего инструмента в отношении его стойкости и качества обработанной поверхности.

При весьма низкой температуре всего изделия и больших скоростях резания тонкий слой его обработанной поверхности может иметь достаточно высокую температуру, способную изменить структуру этого слоя. Поэтому, назначая режим резания, необходимо учитывать последующую чистовую обработку, при которой будет удален поврежденный слой детали.

Теоретический расчет температуры резания встречает значительные трудности, так как в соответствующих расчетных формулах независимые переменные являются в действительности взаимозависимыми параметрами. Так, теплоемкость С увеличивается, а теплопроводность уменьшается с возрастанием температуры. Длина контакта стружки и резца уменьшается с увеличением скорости резания, но заметно растет по мере износа резца и образования лунки на передней поверхности резца.

Значения постоянных коэффициентов также изменяются в зависимости от различных факторов. К этому надо добавить, что температура резания зависит и от вида процесса резания: при несвободном резании резец нагревается больше, чем при свободном резании. Поэтому для расчета температуры резания чаще пользуются эмпирическими формулами, показывающими закономерности изменения температуры резания в зависимости от различных факторов и справедливыми в определенных границах и условиях.

3. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЗАНИЯ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ

Как уже отмечено, температура резания растет менее интенсивно, чем скорость. По мере нагрева резца разность температур стружки и резца падает, а поэтому интенсивность передачи теплоты от стружки резцу уменьшается. Следовательно, с увеличением скорости резания v температура резца значительно поднимается, но в меньшей степени, чем скорость. Современные экспериментальные исследования процесса резания высокопрочных сталей с ультравысокими скоростями (до 72 000 м/мин), когда процесс происходил адиабатически (без теплообмена),

Рис. 7. Влияние скорости резания на температуру резания Ст.3:

1 — а = 0,5 мм; l = 4 мм; 2 — а = 0,2 мм

показали температуру в зоне резания на уровне 30—65° С, вполне допустимом стойкостью быстрорежущего резца1. Надо полагать, что кривые 9—v с повышением скорости резания будут приближаться к уровню температуры плавления обрабатываемого материала, а затем снижаться с дальнейшим повышением скорости (рис. 7). Последние графики получены по опытным данным Д. X. Касрадзе2 при резании Ст.3 при v = 1000-60 000 м/мин. Подобное явление сопровождается резким снижением сил резания и значительным охрупчиванием металла в зоне резания. Этот процесс способствует быстрому отрыву стружки при полном отсутствии пластической деформации (усадки) стружки. Наблюдающаяся отрицательная усадка (удлинение стружки) могла быть вызвана центробежными силами при весьма больших скоростях.

Влияние глубины резания и подачи. Не трудно предугадать зависимость между глубиной резания t, подачей s и температурой, если рассмотреть изменение прироста и отвода теплоты на резце с изменением t и s. С увеличением подачи возрастает давление стружки на резец, а вместе с ним и работа деформации. Но при этом, как известно, усадка стружки уменьшается и, следовательно, работа деформации, приходящаяся на 1 мм3 стружки, также уменьшается. К тому же трение на задней поверхности инструмента с увеличением подачи мало изменяется. Поэтому количество теплоты, образующейся в стружке, будет увеличиваться в меньшей степени сравнительно с увеличением подачи. В то же время с утолщением стружки отвод теплоты улучшается, т.к. площадь контакта стружки с резцом расширяется. В результате температура резания повышается с увеличением подачи, но в меньшей степени, чем при повышении скорости.

Еще меньше влияет на температуру резания глубина резания, т.к. нагрузка на единицу длины режущей кромки не изменяется: с увеличением глубины резания при постоянном угле в плане пропорционально увеличивается длина работающей и режущей кромки, почти в такой же степени усиливается теплоотвод от нее и, следовательно, на единицу длины режущей кромки увеличение притока теплоты будет весьма незначительным; в результате температура мало изменится с увеличением глубины резания.