 |
 |
 |
 |
Очевидно, чем больше скорость резания,~тем~меньше время контакта горячей стружки с инструментом и деталью и тем меньше тепла успеет из стружки перейти в инструмент и деталь. С увеличением сечения среза также несколько возрастает доля тепла, идущая в стружку. Средние данные, характеризующие тепловой баланс при точении стали, следующие (данные А. М. Даниеляна):
а) при скорости резания 20-50 м/мин: в стружку - 45%; в деталь - 50%; в резец - 2,5%; в станок и окружающее пространство - 2,5%;
б) при скорости резания 100-350 м/мин: в стружку - 75%; в деталь --22%; в резец - 1,5%; в станок и окружающее пространство - 1,5%.
При сверлении отвод стружки затруднителен. В течение значительного времени горячая стружка соприкасается со сверлом и деталью, передавая им тепло. В связи с этим тепловой баланс при сверлении следующий: в стружку - 28%; в сверло - 14,5%; в деталь - 52,5%; в станок и окружающую среду - 5%.
Несмотря на то что в инструмент поступает сравнительно небольшая доля тепла, температура его нагрева значительна (иногда свыше 1000° С), так как тепло концентрируется в тонких слоях зоны резания. Поэтому с целью повышения стойкости режущих инструментов и качества обработки желателен такой тепловой баланс, при котором доля тепла, идущего в стружку, была бы по возможности большей.
§ 2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР И ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ЗОНЫ РЕЗАНИЯ
Как указывалось в предыдущем параграфе, тепло переходит от более нагретых мест к менее нагретым; таким образом, в различных точках зоны резания (стружке, детали, инструменте) имеют место и различные температуры.
Для измерения температур стружки, детали и инструмента применяют ряд методов, позволяющих найти температуры в отдельных местах или же средние температуры. Возможно определение температур и расчетным путем, но данный метод сложен и менее точен, чем экспериментальные. Наиболее распространенные методы измерения температур следующие: калориметрический, термопарами, естественными термопарами, микроструктурного анализа.
Рассмотренный выше калориметрический метод применялся рядом отечественных исследователей: Я. Г. Усачевым [13], А. М. Даниеляном [16], В. А. Кривоуховым и другими для изучения теплового баланса и средних температур стружки, резца и детали. Установить температуры в отдельных точках зоны резания рассмотренным методом нельзя. Метод этот дает возможность быстро установить обрабатываемость новых марок сталей в части допустимых скоростей резания при их обработке. Обраба
тываемость устанавливается путем сопоставления средних тем- ператур стружек различных сталей; чем выше температура стружки тем, следовательно, больше и тепловыделение при резании данной стали, тем выше температура нагрева инструмента, тем интенсивнее протекание его износа, а следовательно, и с меньшей скоростью следует эту сталь обрабатывать.
Исследование с помощью термопар впервые применил Я. Г. Усачев для измерения температуры рабочей части резца. С этой целью р резце / просверливалось отверстие (рис. 42) диаметром 1,5 мм, не доходящее до передней поверхности примерно на 0,5 мм.
Рис. 42. Изменение температуры резца термопарой
Рис. 43. Измерение температуры стружки по методу В. А. Кривоухова
В отверстие вставлялась медь - константановая термопара 2. Тепло, идущее в резец, нагревало термопару и в ее цепи возникала термоэлектродвижущая сила, регистрируемая гальванометром Предварительно производилось тарирование термопары, т. е. установление связи между температурой нагрева и показаниями гальванометра. Для определения температур в различных точках контакта в опытном резце одновременно устанавливалось несколько термопар.
Данный метод несколько сложен, так как требует специальных резцов. Кроме того, при этом определяется не наибольшая температура, которая возникает на контактных поверхностях трения, а некоторая более низкая. Для определения температуры подрезцовой стороны стружки необходимо спай термопары 7 (рис. 43) подвести к стружке в зоне ее схода с передней поверхности резца. При указанном методе измерения, предложенном В. А. Кривоуховым, термопару закрепляют на специальной твердосплавной подставке 2.
На рис. 44 показано измерение термопарой температуры в поверхностных слоях детали. Обработка выполняется при неподвижном положении детали и термопары. С целью закрепления
спая термопары / в детали 2 сверлится отверстие, в которое вводится термопара. Обточка выполняется резцом 3, закрепленным в шпинделе сверлильного станка.
С целью исследования распределения температуры вдоль оси детали возможно перемещение спая термопары, а для исследования распределения температуры по сечению, следует располагать термопару в отверстиях, расположенных на различных расстояниях от оси детали.
Для определения температур на контактных площадках инструмента со стружкой и деталью применяют измерение с помощью
естественной термопары (рис. 45). Деталь / и резец 2 изолированы от массы станка, чтобы снизить влияние посторонних
Рис. 44. Измерение температуры в поверхностных слоях детали
Рис. 45. Измерение температуры контакта естественной термопарой
помех. Спаем термопары являются контактные поверхности режущего инструмента со стружкой и деталью. Для получения стабильной работы термопары съем тока производится через кольцо 3 и ртутную ванну . Измерение естественной термопарой устанавливает некоторую среднюю температуру контакта. На рис. 46 приведены зависимости температуры контакта Т« от скорости резания, измеренные с помощью естественной термопары при точении сталей марок 45 (/), 38ХМЮА (2) и высоколегированной Х18Н9 (5). Наличие более высоких температур при резании высоколегированной стали Х18Н9 свидетельствует о ее более низкой обрабатываемости.
На основании ряда исследований [13, 16] были получены формулы для определения температуры контакта в зависимости от параметров резания (скорости резания, подачи и глубины резания). Эти формулы имеют следующий вид для токарной обработки:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129