Технические науки/ 8.Обработка материалов в машиностроении.

к.т.н., доцент Марданов Р.Х.

Казанский государственный аграрный университет, г. Казань

Температура - как главный фактор влияющий на процесс резания

Теории резания металлов содержат три основные проблемы:

1) проблему пластических деформаций снимаемого слоя металла с учетом влияния возникающей в процессе резания температуры на свойства обрабатываемого металла;

2) проблему деформаций поверхностных слоев обрабатываемого металла, а также проблему структурного изменения поверхностного слоя под влиянием действующих сил и температур;

3) проблему износа режущего инструмента как под влиянием трения на поверхностных слоях соприкосновения инструмента с отходящей стружкой, так и под влиянием поверхностного и объемного температурного поля, охватывающего вершину режущего инструмента.

В первом случае образуется тонкий аморфный слой металла, который непрерывно удаляется под влиянием громадных нормальных и касательных сил. Во втором — количество образующего тепла так велико, что высокая температура захватывает некоторый объем металла у вершины резца, изменяет его структуру и снижает его твердость настолько, что может происходить механическое отделение некоторого объема металла.

Таким образом, все основные проблемы резания включают температуру, как главный фактор, влияющий многосторонне на все явления при резании металлов. Исследователи подтвердили, что температура является основным фактором резания, определяющим период стойкости режущего инструмента.

Опыты многих исследователей, измерявших температуру резания в конце процесса резания, когда она делает скачок вверх вместе с износом, показали, что при незначительном изменении температуры период стойкости резко падает и, наоборот, при колебании периода стойкости в широких пределах температура остается почти неизменной. Из этого следует, что существует такая предельная температура, которая является температурным критерием для данного рода режущего сплава.

Однако полученные температурные зависимости заключают ряд неопределенностей. В целом ряде опытов было неясно, каким способом измерялась температура и когда она была измерена.

Измерение температуры производилось методом Усачева путем установки термопары в теле резца, так называемая искусственная термопара, и методом естественной термопары, «резец изделие» едва ли удачны эти термины. Ясно, что как одна, так и другая термопары с физической точки зрения естественны, а не искусственны. Правильнее было бы назвать термопару Усачева «введенной е тело резца», а вторую термопару — термопарой «резец—заготовка» (резец—изделие).

Многочисленные опыты исследователей установили, что вставленная в тело резца термопара показывает температуру более низкую, чем термопара резец-изделие. Вставленная термопара измеряет температуру в одной точке. Вставить термопару в место наибольшего давления и наибольшей температуры на резце весьма трудно. Следует помнить, что в весьма малых расстояниях от передней поверхности (1…2 мм) температура падает до 100…200° С. Усачеву удалось после многих попыток с помощью термопары, выведенной на рабочую поверхность резца и расклепанной на ней, получить температуру около 580° С. Опыты проф. Безпрозванного со вставленными термопарами дали температуры всего лишь 200…300° С.

Изучение и измерение температурных полей рядом исследователей подтвердило, что кривая температуры у поверхности пластины режущего сплава резко падает. Поэтому большинство исследователей производило опыты с термопарой резец—изделие. На основании ряда физических положений и опытных данных было установлено, что температуры, возникающие на передней и задней поверхности режущих инструментов вследствие разности давления и деформаций, — различны. Термопары, возникающие в разных точках контакта резца с изделием и стружкой, следует рассматривать как параллельно включенные термоэлементы.

На этом основании можно считать, что термопара резец—изделие показывает некоторую осредненную температуру контакта резец—изделие, которую называют температурой резания.

Теплота, возникшая в поверхностных слоях металла при трении, износе и резании, оказывает существенное влияние на свойства металлов и на характеристики указанных процессов. От температуры твердого тела зависят его физические свойства: линейные размеры, плотность, твердость, теплоемкость, электропроводность и др.

Под действием нагрева поверхностных слоев металла резко изменяются качественные и количественные характеристики трения и износа; понижаются износостойкость режущего инструмента; изменяются свойства обработанной поверхности изделия.

Несмотря на то, что исследование тепловых явления при трении и резании металлов имеет большое значение для теории и практики, измерение температуры поверхности твердых тел наименее разработано в пирометрии, а предложенные специальные методы измерения температуры поверхности не получили общего признания и широкого развития.

Специальные методы исследования температуры нагрева металла при трении, износе и резании металла разделяются на следующие основные группы:

1) измерение температуры нагрева металла с помощью искусственной, полуискусственной и естественной термопар;

2) определение температуры нагрева поверхностных слоев металла по результатам изменений микроструктуры, микротвердости и макротвердости;

3) определение теплоты резания и средней температуры стружки с помощью калориметра:

4) теоретические работы по исследованию температуры резания и температуры поверхности трения.

Каждый из перечисленных выше методов, применяемый отдельно, не позволяет осуществить с достаточной полнотой и надежностью исследования тепловых явлений в поверхностных слоях металла при трении и резании.