Общие сведения. 1.1. Влияние элементов режима резания на температуру при точении

1.1. Влияние элементов режима резания на температуру при точении

Процесс резания металлов сопровождается значительным выделением теплоты в результате работы резания, затрачиваемой на упругие и пластические деформации металла и трение металла о режущий инструмент. Образующаяся теплота распределяется между стружкой (50…86%), инструментом (40…10%) и обрабатываемой деталью (9…3%). Около 1% рассеивается в окружающей среде вследствие излучения.

На перераспределение теплоты между элементами в зоне резания влияют физико-механические свойства обрабатываемого материала, материал инструмента, режим резания, геометрия инструмента, условия обработки.

Для практических целей наибольший интерес представляет теплота, идущая на нагрев обрабатываемой детали и режущего инструмента. Теплота, поглощаемая обрабатываемой деталью, повышает ее температуру, вызывает изменение размеров. Нагрев режущего инструмента снижает его износостойкость и может служить причиной изменения размеров детали из-за тепловых деформаций инструмента.

Тепло, идущее в инструмент, и высокие контактные давления активизируют адгезионные и диффузионные процессы на контактных поверхностях, изменяют условия протекания контактных процессов. Все это приводит к увеличению износа инструмента, снижению точности обработки и увеличению шероховатости обработанной поверхности.

Наибольшее влияние на температуру в зоне резания оказывает скорость резания. Подача незначительно влияет на температуру резания. Это объясняется тем, что с увеличением подачи и особенно глубины резания возрастает длина активной части режущего лезвия инструмента, что улучшает условия теплоотвода. Экспериментально получена зависимость, показывающая степень влияния отдельных элементов режима на температуру, ⁰С, в зоне резания:

v^0,4s^0,24t^0,1 ,

где С_{θ –} коэффициент, зависящий от условий обработки. Показатели степени отражают влияние скорости v, подачи s и глубины резания t на температуру, ⁰С в зоне резания.

При изменении условий обработки в формулу водят поправочные коэффициенты.

На температуру в зоне резания влияют также следующие факторы: физико-механические свойства (предел прочности «σ_В»и твердость обрабатываемого материала); геометрические параметры (угол резания «δ», главный угол в плане «φ»; радиус закругления вершины резца); применение смазочно-охлаждающей жидкости и др. С увеличением углов «δ» и «φ» температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса закругления вершины резца – уменьшается.

1.2. Влияние элементов процесса резания на шероховатость обработанной поверхности

Эксплуатационные свойства деталей и их надежность определяются качеством обработанной поверхности. Качество поверхности оценивают по следующим характеристикам:

физико-химическому состоянию поверхностного слоя (микротвердости, наличию микротрещин, размеру зерна структуры, упрочнению поверхностного слоя или наклепу, остаточным напряжениям, химическому составу, фазовому составу и т.п.);

макрогеометрии поверхности, или погрешностям формы: для плоских поверхностей – по выпуклости или вогнутости; для цилиндрических поверхностей – по овальности, конусообразности, бочкообразности, огранке;

волнистости – совокупности более или менее регулярно повторяющихся и близких по размерам выступов и впадин;

микрогеометрии или шероховатости поверхности.

Под шероховатостью поверхности понимают совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности.

Шероховатость поверхности значительно влияет на такие важные эксплуатационные свойства деталей машин, как износостойкость трущихся поверхностей, коррозионная стойкость деталей, стабильность посадки, усталостная прочность, контактная жесткость и др.

ГОСТ 2789-73 устанавливает шесть основных наиболее широко применяемых параметров шероховатости:

Ra – среднее арифметическое отклонение профиля, мкм;

Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм;

R_max – наибольшая высота профиля, мкм;

S_mi – средний шаг неровностей профиля, мкм;

S_i – средний шаг местных выступов профиля, мкм;

t_p – относительная опорная длина профиля, %.

ГОСТ 2789-73 классифицирует все поверхности по шероховатости на 14 классов. Шероховатость с минимальной высотой микронеровностей соответствует 14-му классу.

Предпочтительные значения параметров шероховатости Ra и Rz для наиболее часто применяемых классов шероховатости приведены в табл. 3.1

Таблица 3.1. Предпочтительные значения параметров шероховатости Ra и Rz