Влияние материала резца и обрабатываемого материала на температуру резания. Естественно ожидать, что при резании хрупких металлов, например чугуна, когда работа пластической деформации весьма мала и удельные силы резания незначительны, температура резания заметно ниже, чем при обработке стали. Давление чугунной стружки сосредотачивается непосредственно на режущей кромке или вблизи нее, но это весьма неблагоприятное обстоятельство влияет больше на абразивно-механический износ режущей кромки, чем на температуру резания.

Само собой разумеется, что нагрев инструмента зависит от теплоемкости и особенно от теплопроводности материала изделия и самого инструмента. Например, при обработке цветных металлов температура резания должна быть сравнительно низкой не только из-за малой нагрузки, но и вследствие большой теплопроводности цветных металлов. И, наоборот, при резании жаропрочных сталей и сплавов, обладающих низкой теплопроводности, значительно повышается

температура резания (в два – три раза) сравнительно с конструкционными сталями. То же можно сказать относительно инструмента: чем ниже теплопроводность, тем выше температура его режущей кромки.

По этой причине температура резания при работе твердосплавными резцами получается более низкой по сравнению с минералокерамическими (рис. 3). То же самое можно сказать и о влиянии резца на температуру резания. Последняя уменьшается с увеличением площади поперечного сечения резца.

1 Более того, оказывается возможным работать резцами из цветных металлов, поскольку

при v = 27 000—36 000 м/мин силы резания резко снижались.

2 См.: Термические явления при сверхскоростном резании металлов. Труды ГИСХ, XIV, Сухуми, 1970 г.

Влияние геометрии резца на температуру резания. Как известно, с увеличением угла резания увеличивается сила резания, следовательно, должны повышаться количество образующейся теплоты и температура резания. Отвод тепла в данном случае также будет усиливаться с увеличением угла клина (угла заострения), но в меньшей степени, чем теплообразование, и в результате температура будет расти.

Величина угла в плане также влияет на температуру резания. С уменьшением угла несколько увеличивается нагрузка на резец и, казалось бы, нагрев его должен усиливаться. Однако на самом деле получается обратное: с уменьшением угла удлиняется режущая кромка, увеличивается угол при вершине и как следствие значительно улучшается теплоотвод.

В заключение надо отметить заметное влияние на температуру резания смазочно-охлаждающих жидкостей. При этом падение температуры вызвано как охлаждающим эффектом, так и уменьшением трения в процессе резания.

Путем математической обработки опытных графиков А М. Даниелян вывел общую формулу зависимости температуры резания от различных факторов при нормальной обработке стали быстрорежущим резцом

.

Здесь ; г — радиус закругления вершины резца; F — площадь поперечного сечения резца; — постоянная, зависящая от обрабатываемого материала и инструмента, или в упрощенном виде для стали ( = 77 кгс/мм2, = 22%)

и для чугуна (приблизительно)

.

4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ

Среди многочисленных методов измерения температуры резания можно выделить две группы.

К первой группе относятся методы, с помощью которых измеряется средняя температура стружки, а также определенных участков изделия или резца: калориметрический метод; метод цветов побежалости; метод термокрасок.

Ко второй группе принадлежат методы, которыми измеряются температура узкоограниченных участков зоны резания или резца, например: метод термопар; оптический и радиационный методы.

Калориметрический мет од, впервые примененный в лаборатории ЛПИ, иногда используется и в настоящее время. В этом случае температура стружки рассчитывалась по формуле

где — температура стружки; — вес воды; — вес стружки; — начальная температура воды; — температура смеси (воды и стружки); — теплоемкость стружки.

Этот метод может дать только среднюю температуру стружки и, следовательно, непригоден для исследования температуры на разных участках стружки и инструмента. Им иногда пользовались для подсчета силы резания; при этом количество теплоты делилось на механический эквивалент теплоты и определялась работа.

Простой метод определения температуры по цветам побежалости не требует каких-либо приспособлений. Цвета побежалости появляются в результате образования тончайших пленок окислов на нагретой стружке; их цвета зависят от степени нагрева стружки.

Цвета побежалости и соответствующие им температуры (в °С):

Чуть желтый 200 Светло-желтый 220 Темно-желтый 240 Пурпуровый 270

Темно-синий 290 Светло-синий . . 320 Синевато-серый . 350 Светло-серый,

переходящий в белый 400

Считают, что при наличии некоторого опыта по цветам побежалости стружки нелегированной стали можно определить температуру с точностью ±5°, т. е. около 2%. Однако в действительности этот метод дает значительно большую погрешность, доходящую иногда, как показали опыты Б. Т. Прушкова, даже до 20—30% в зависимости от толщины среза, времени работы и др. Столь большие отклонения вызваны тем, что цвета побежалости выражают лишь температуру поверхности стружки, определяющую толщину пленки окисла, а тем самым и ее цвет. Цвет побежалости меняется в зависимости не только от температуры, но и от продолжительности действия тепла. При охлаждении стружки смазочно-охлаждающими жидкостями цвета побежалости могут совсем исчезнуть, между тем как стружка сохраняет на поверхности контакта с резцом высокую температуру.

Неточным является и метод термокрасок, когда для выявления температуры пользуются свойством специальных красок менять цвет при определенных температурах. Например, при 155° С цвет из пурпурного переходит в голубой, при 190° С из белого — в зелено-коричневый, при 255° С из зеленого — в темно-коричневый, при 305° С из желтого — в красно-коричневый, при 440° С из фиолетового — в белый.