Исследование НД и ТС в системе резания при тангенциальном точении, страница 2

Третий участок  соответствует концу цикла обработки. На этом участке толщина среза приближается к значению , в результате чего могут отсутствовать стружка и контакт на передней поверхности. Здесь наблюдается резкое перераспределение теплоты между стружкой, инструментом и заготовкой, а основная ее часть направлена в поверхностные слои заготовки. При этом инструмент в зависимости от режима обработки является либо источником теплоты (при больших подачах), либо дополнительно накапливает теплоту (при малых подачах, характеризующихся большой длительностью цикла обработки).

В большинстве случаев к концу цикла обработки температура резания, как правило, снижается. Однако, с уменьшением подачи наблюдается тенденция к увеличению температуры к концу цикла обработки, т.е. максимум температуры резания смещается в эту зону, что можно  объяснить значительным влиянием тепловых процессов на задней поверхности и подогревом срезаемого слоя на предыдущих оборотах.

Максимальная контактная температура на передней поверхности примерно в 1.3 - 1.5 раза больше средней температуры резания и может достигать температуры плавления обрабатываемого материала при высоких скоростях резания (м/мин). В то же время максимальная контактная температура по задней поверхности редко превышает 300 °С, несмотря на примерное равенство плотностей тепловых потоков через заднюю и переднюю поверхности в течение большей части цикла обработки. Это можно объяснить, во-первых, меньшей длиной площадки контакта по задней поверхности, а, следовательно, и меньшим количеством теплоты, участвующей в теплообмене; во-вторых - мощным тепловым потоком в тело заготовки.

Следует отметить, что повышение температуры, вызванное деформациями срезаемого слоя значительно только при малых подачах. Это объясняется, прежде всего, увеличением степени деформаций с уменьшением толщины среза, о чем свидетельствует увеличение коэффициента укорочения стружки. Кроме того, при малых подачах обработка ведется с малыми толщинами среза, т. е. снимаются слои металла, хорошо прогретые на предыдущих оборотах. В тоже время при обработке на этих режимах из-за относительно небольшой длины контакта по передней поверхности теплота трения мало влияет на температуру резания. Таким образом, на температуру резания при больших подачах определяющее влияние оказывает теплота, выделяемая в результате трения по передней и задней поверхностям, а при малых – теплота деформации, подогрев срезаемого слоя на предыдущих оборотах и теплота трения по задней поверхности.

Для удобства оценки влияния элементов режима обработки представим температуру резания эмпирической формулой: .

Из анализа полученных результатов расчета можно сделать следующие выводы о влиянии режимов обработки на тепловое состояние в системе резания.

Скорость резания. Анализ результатов расчета показывает, что в диапазоне скоростей резания от 87 до 346 м/мин с увеличением скорости температура резания повышается. Это объясняется увеличением мощности, затрачиваемой на процесс резания за счет изменения, главным образом, работы трения, и, следовательно, величин потоков теплообмена. Степень влияния скорости резания на температуру сильно зависит от величины снимаемого припуска: при D = 1.5 мм  , а при D = 0.5 мм  - (мм/об). В тоже время  снижается с увеличением подачи: при S = 1.5 мм/об , а при S = 0.5 мм/об  - (мм/об). Это объясняется тем, что при увеличении D и уменьшении S увеличивается длительность цикла обработки, за счет чего увеличивается продолжительность участка 2 и, следовательно, преобладающее влияние на температуру оказывает  собственно скорость резания.

Установлено, что скорость резания практически не оказывает влияния на форму закона изменения температуры резания в течение цикла обработки.

Подача. С увеличением подачи от 0.5 до 1.5 мм/об резко возрастает плотность тепловых потоков теплообмена (более чем в 2 раза). Однако, при этом температура резания увеличивается (примерно на 25-30%, а в некоторых случаях и на 50%). Степень влияния подачи  находится в пределах от 0.25 до 0.4 в зависимости от скорости резания и снимаемого припуска. Это можно объяснить существенным увеличением длины контакта стружки с инструментом по передней поверхности и изменением законов распределения контактных давлений совместно с увеличением максимума толщины среза.

От подачи существенным образом зависит форма закона изменения температуры резания в течение цикла обработки. При больших подачах температура резания «резко возрастает-постоянна-постепенно падает», а при малых - «резко возрастает-падает-возрастает-резко падает». Это объясняется  влиянием различных источников теплоты на температуру резания на различных участках цикла обработки.

Величина снимаемого припуска. Изменение величины снимаемого припуска от 0.5 до 1.5 мм существенного влияния на температуру резания не оказывает. Коэффициент его влияния  находится в пределах от 0.02 до 0.25 в зависимости от скорости резания и подачи. Некоторое изменение температуры с увеличением D вызвано, очевидно, изменением трансформации углов в процессе резания совместно с увеличением максимума толщины среза.

Таким образом, из результатов приведенного анализа видно, что основная тепловая нагрузка на инструмент возникает на 1-2 обороте (в момент врезания) из-за большого градиента температур. Можно отметить, что с уменьшением скорости резания и подачи градиент температуры резания также уменьшается. Это обстоятельство позволяет предложить следующую схему обработки при тангенциальном точении с целью повышения ресурса инструмента путем снижения тепловой нагрузки на инструмент и уменьшения максимальной температуры: целесообразно начинать обработку (производить врезание) с малой подачей при любой величине снимаемого припуска. Это обеспечит снижение плотности тепловых потоков в инструмент, а, следовательно, и более благоприятный тепловой режим при прогреве инструмента. Кроме того, максимальная температура, достигаемая на 1-2 обороте при малой подаче более чем в 2 раза меньше, чем при большой подаче, что способствует снижению градиента температуры и лучшему прогреву инструмента. После прогрева инструмента (примерно после 1-2 оборотов) можно увеличить подачу до номинальных значений. При этом значительно снижается градиент температур в инструменте, что должно сопровождаться повышением его ресурса. Одним из вариантов реализации такого подхода может быть применение технологической системы с переменной жесткостью.

1.4  Выводы