Тепловые потоки в зоне резания.

В зоне резания тепловые потоки от источников теплообразования устремляются в стружку, инструмент и заготовку (рис. 15.2, а). При этом стружка и поверхностные слои заготовки оказываются под одновременным воздействием двух источников тепла: стружка - от источников деформации и трения о переднюю поверхность; заготовка - от источников деформации и трения о заднюю поверхность. В этих условиях стружка оказывается более нагретой, чем инструмент и заготовка.

Как видно из схемы распространения тепловых потоков (см. рис. 15.2, а), существует два вида тепловых потоков: 1) тепловые потоки от непосредственного нагрева за счет источников тепла, называемые теплообразующими потоками- q_д^c, q_д^з, q^c_ТП, q_ТП^и, q_ТЗ^з, q^и_ТЗ; 2) тепловые потоки, вызванные дополнительным распределением тепла в результате неравномерного нагрева, называемые теплообменными потоками- q^и'_д, q^и''_д.

Теплообразующий q_ТП^и и теплообменный q_д^и’ потоки на передней поверхности, а также аналогичные потоки на задней поверхности инструмента, действующие на одних и тех же площадках, можно обозначить: ,

Рис. 15.2. Схема тепловых потоков в зоне резания (а) и их изменение (б) в течение времени обработки

На рис. 15.2, б показана типичная картина изменения во времени плотности тепловых потоков q_П и q_З при обработке заготовок из конструкционных материалов инструментами из быстрорежущей стали и твердого сплава.

В начальный короткий промежуток времени резания (меньше t₁) тепловые потоки q_П и q_З направлены в инструмент. Это объясняется тем, что холодное лезвие соприкасается со стружкой и заготовкой, температура которых мгновенно повышается с началом резания. В связи с энергичным отводом тепла в тело инструмента температура на его контактных площадках более низкая, чем при установившемся резании.

Однако с течением времени тепло, поступающее в инструмент, быстро нагревает режущее лезвие, и плотности потоков q_П и q_З снижаются. К моменту времени t₁ (0.1…0.2 с) инструмент нагревается настолько, что тепловой поток q_З меняет свое направление (q_З<0) в сторону заготовки. С этого момента времени заготовка является своеобразным охладителем инструмента, о чем свидетельствует некоторое возрастание итогового потока в сторону заготовки. Далее наступает период установившегося теплообмена (t₁£t£ t₂), в течение которого плотности потоков q_П и q_З мало изменяются.

По мере изнашивания инструмента температура на его задней поверхности возрастает. Поэтому при сохранении направления потока q_З<0 абсолютное значение его плотности постепенно уменьшается.

Дальнейшее увеличение износа и температуры на задней поверхности инструмента, сопровождающееся снижением плотности потока q_З, приводит к тому, что в режущем лезвии накапливается все большее количество теплоты. Плотность потока q_П медленно снижается, в связи с чем температура резания возрастает. В момент времени t₂ поток q_З становится равным нулю, а затем изменяет направление (q_З>0) - теплота идет в инструмент и это поступление тем больше, чем больше износ инструмента. Ко времени t>t₂ режущее лезвие насыщено теплотой и ее дальнейшее поступление создает условия, в которых инструмент теряет свои режущие свойства, т. е. наступает его катастрофический износ.

Анализ изменения плотности тепловых потоков q_П и q_З во времени позволяет сделать следующие выводы:

1. Желательно как можно дольше поддерживать период 0£t£t₁, соответствующий минимальным значениям температуры на поверхностях лезвия инструмента.

2. При износе лезвия инструмента по передней поверхности, желательно интенсифицировать тепловой поток q_П, а при износе лезвия по задней поверхности - снижать плотность теплового потока q_З.

Поскольку заготовка является охладителем инструмента целесообразно отводить максимальное количество теплоты через заднюю поверхность лезвия.