Методы измерения температуры в зоне резания
Исследование теплообмена при обработке резанием
Цель работы: получение практических навыков определения распределения температуры в зоне резания в зависимости от процесса теплообмена при резании и его параметров: геометрии инструмента, режимов резания, материала заготовки и инструмента.
Теоретическая часть
При обработке металлов резанием выделяется тепло, нагревающее режущий инструмент, деталь и стружку; часть выделяющегося тепла излучается непосредственно в окружающую среду. Тепловыделение является одним из важнейших факторов, сопровождающих процесс резания и оказывающих решающее влияние на режимы обработки.
Температура в процессе резания влияет на:
1. Характер разрушения и интенсивность износа режущего инструмента.
2. На контактные напряжения и напряжения в зоне стружкообразования.
3. На наростообразование.
4. На точность обработки.
5. На качество обработанной поверхности.
6. На тип стружки.
Общее количество выделяющегося при резании тепла (ккал/мин) зависит от силы резания
, Н и скорости резания
, м/мин и с точностью, достаточной для практических целей, может быть определено по формуле
.
Формула, определяющая зависимость температуры резания (°С) от элементов процесса резания, в общем виде может быть представлена
, (6.1)
где – коэффициент, зависящий от материала заготовки, материала рабочей части резца и условий резания;
– скорость резания, м/мин;
– глубина резания, мм;
– подача, мм/об;
,
,
– показатели степеней, зависящие от материалов заготовки и резца, а также условий резания.
В зоне резания в теплообмене участвуют три источника тепла, заготовка (изделие), инструмент, стружка и окружающая среда. Возникают тепловые потоки. Уравнение теплового баланса имеет вид:
,
где – мощность источника в условной плоскости сдвига;
– мощность источника в зоне трения на передней поверхности инструмента;
– мощность источника в зоне трения на задней поверхности инструмента;
,
,
,
– доля тепла, переходящая в стружку, изделие, инструмент и окружающую среду
Зависимость распределения тепла при обработке резанием представлена на рисунке 4.1.
![]() |
Рисунок 4.1. – Диаграмма распределения генерируемого при резании тепла между заготовкой, резцом и стружкой в зависимости от скорости резания: 1 – тепло уходящее в резец; 2 – тепло уходящее в заготовку; 3 – тепло уходящее в стружку. |
Методы измерения температуры в зоне резания
Методы измерения температуры резания подразделяют на две группы:
1. Методы, с помощью которых измеряется средняя температура стружки, а также определенных участков изделий и резца:
- калориметрический метод;
- метод цветов побежалости;
- метод термокрасок.
2. Методы, с помощью которых измеряется температура узкоограниченных участков зоны резания или резца:
- метод термопар;
- оптический метод;
- радиационный метод.
Содержание отчета и практическая часть.
1. Отразить цель работы, необходимую теоретическую часть, исходные данные в соответствии с вариантом. Исходные данные выбираются из таблицы 4.1;
Таблица 4.1.
Исходные данные
Первая цифра | Материал | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | |
заготовка | инструмент | |||||||
Сталь 45 | Т15К6 | 0,4 | 2,8 | |||||
Сталь 30Х | Т15К6 | 0,3 | 0,7 | |||||
Сталь 45 | Т15К6 | 0,2 | 0,5 | |||||
Сталь 30ХГС | Т14К8 | 0,5 | 1,2 | |||||
Сталь 12Х18Н9Т | Т14К8 | 0,6 | 1,0 | |||||
Чугун СЧ20 | ВК8 | 0,45 | 2,0 | |||||
Чугун ВЧ60 | ВК8 | 0,35 | 1,5 | |||||
Чугун СЧ30 | ВК8 | 0,25 | 3,0 | |||||
Медь М1 | ВК8 | 0,7 | 1,7 | |||||
Алюминий Амг6 | Р6М5 | 0,8 | 2,5 |
Главный задний угол для всех вариантов равен 10°
2. Провести измерения и построить графики зависимостей: температуры от глубины резания (
изменяется с шагом 0,5); температуры от главного угла в плане
(
изменяется с шагом 15°); температуры от продольной подачи
(
изменяется с шагом 0,1); температуры от скорости резания
(
изменяется с шагом 20); температуры от главного переднего угла
(
изменяется с шагом 3°). Результаты измерений занести в таблицу 4.2.
Таблица 4.2.
Материал | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | |
заготовка | инструмент | |||||||
3. Выводы.