Эмпирическая формула для расчета температуры резания. Влияние параметров режима резания на температуру резания

Рис. 4.7. Тарировка рабочей термопары с помощью контрольной термопары:

1 – рабочая термопара; 2 – контрольная термопара;

3 – расправленная соль или легкоплавкий металл

При этом если в качестве легкоплавкого металла используют свинец, то из-за хорошей проводимости такого расплава концы электродов тарируемой термопары не сваривают.

Способ естественной термопары позволяет оценить влияние на температуру режимов резания и геометрических параметров инструмента. Пользуясь методом однофакторного эксперимента, с обработкой полученных данных в логарифмических координатах, для расчета температуры резания были получены эмпирические зависимости типа

Θ = С_Θ·V^m·sⁿ·t^q·K_ин·К_СОТС, (4.4)

где С_Θ – температурный коэффициент, характеризующий влияние механических и теплофизических свойств обрабатываемого и ин­струментального материалов; V, s, t – соответственно скорость, подача и глубина резания; m,n,q – показатели степени, характери­зующие влияние на температуру режимов резания; K_ин и К_СОТС – коэффициенты, характеризующие влияние на температуру резания соответственно геометрии инструмента и применяемых СОТС.

Для примера приведем два уравнения такого типа, получен­ные для случая точения конструкционной стали [9]:

§ резцом из быстрорежущей стали Р18

Θ = 148,8·V^0,4·s^0,24·t^0,1 (4.5)

§ резцом, оснащенным твердым сплавом Т15К6,

Θ = 314·V^0,23·s^0,14·t^0,04 (4.6)

Из этих уравнений следует, что показатели степеней при v, s и t меньше 1 и по степени влияния на температуру располагаются в следующей последовательности: т > п > q. Разные значения пока­зателей степеней для быстрорежущего и твердосплавного инстру­ментов объясняются тем, что последние работают в области высо­ких скоростей, когда температура резания Θ > 600°. В этом случае с дальнейшим ростом скорости резания в значительной мере сни­жаются деформации металла, сила резания, коэффициент трения и поэтому показатели степени становятся меньше.

Наибольшее влияние на температуру резания оказывают ско­рость и свойства обрабатываемого и инструментального материа­лов, в частности их теплопроводность, прочность и пластичность.

Теплопроводность материалов характеризуется коэффициен­том теплопроводности λ, под которым понимают величину, чис­ленно равную количеству теплоты, переданной в единицу времени через слой единичной толщины при разности температур поверх­ностного слоя в 1 °С, если площадь поверхности слоя равна 1. Ко­эффициент λ характеризует способность материалов проводить теплоту и ифает большую роль в теплообмене тел. Этот коэффици­ент у разных материалов различен. Так, например, у конструкци­онных сталей X = 62,8 Вт/(м • °С), а у меди – λ = 389,6 Вт/(м • °С).

Чем коэффициент теп­лопроводности меньше, тем интенсивнее влияние скорости резания на температуру резания. При малых скоростях резания температура растет более интенсивно. Это соответ­ствует такому диапозону скорости резания, когда она меньше скорости распространения теплоты (v < v_Θ), и поэтому большая часть теплоты успевает перейти в заготовку. При более высоких скоростях резания температура нарастает значительно медленнее, так как сокращается время контакта инструмента со стружкой, не­сущей основную долю теплоты.

Влияние подачи s и глубины резания t на температуру резания Θ менее заметно, причем влияние подачи более существенно [9]. Различие во влиянии подачи s и глубины резания t объ­ясняется тем, что с ростом глубины резания t пропорционально увеличивается площадь контакта стружки с инструментом и, сле­довательно, улучшается теплоотвод из зоны контакта, при этом температура резания изменяется весьма незначительно. С ростом же подачи s возрастает объем деформируемого материала, давле­ние на передней поверхности резца, а также тепловая мощность источников теплоты в первичной и вторичной зонах деформаций. Размеры контактной площадки хотя и несколько увеличиваются, но не пропорционально величине подачи s, и поэтому теплоотвод изменяется слабо. Таким образом, с увеличением подачи s темпе­ратура резания Θ растет более заметно, чем при увеличении глуби­ны резания t, но в значительно меньшей степени, чем с увеличени­ем скорости резания v.