Загорание материалов при механической обработке

Процессы механической обработки поверхностей твердых материалов путем снятия стружки (процессы резания материалов) являются одними из основных в машиностроении. К таким процессам относятся: токарная обработка, строгание, фрезерование, сверловка, шлифование и т.д. Процесс резания материалов происходит и при различных нарушениях работы производственного оборудования. Так, при деформации кожуха элеватора острые кромки движущегося ковша срезают с него стружку вплоть до образования сквозных отверстий.

В процессе резания (совершения механической работы) происходит выделение тепла, количество которого зависит от вида процесса резания, режимов резания (скорости и глубины резания, продольной и поперечной подачи и пр.), механических и теплофизических свойств материала заготовки и инструмента, геометрии заточки инструмента и других факторов.

Например, при сверлении металлов наибольшее количество тепла переходит в обрабатываемую деталь, а при токарной обработке в стружку уходит 50–86 % общего количества тепла, в резец – 10–40 %, в
заготовку – 3–9 % и в окружающую среду – примерно 1 %. С увеличением скорости резания количество тепла, переходящего в стружку, увеличивается. Так, в процессе токарной обработки качественной стали резцом с наплавкой из твердого сплава при скорости резания 500 м/мин количество тепла, переходящего в стружку, достигает 99 % от общего количества тепла, выделяющегося при резании.

Температуру резания можно оценить по эмпирическим формулам:

- для литой стали (s_в = 40 кг/мм²)

t _р = 138 V ^0,4 S ^0,16 h ^0,07; (6.25)

- для мартеновской стали (0,25–0,35 % углерода, s_в = 50–60 кг/мм²)

t _р = 129 V ^0,5 S ^0,33 h ^0,14; (6.26)

- для мартеновской стали (0,4–0,5 % углерода, s_в = 70 кг/мм²)

t _р = 154 V ^0,48 S ^0,33 h ^0,1; (6.27)

- для хромоникелевой стали (0,6–0,8 % Сr, 3,0–4,0 % Ni, s_в = 70–
75 кг/мм²)

t _р = 210 V ^0,44 S ^0,28 h ^0,11; (6.28)

- для чугуна (твердость по Бринелю 190 ед.)

t _р = 120 V ^0,5 S ^0,22 h ^0,04. (6.29)

Здесь t _р – температура резания, °С; V – скорость резания, м/мин; S – подача, мм/об; h – глубина резания, мм; s_в – предел временной прочности.

При обработке пластмасс резанием из-за их низкой теплопроводности температура режущей кромки инструмента существенно повышается. Так, при резании блочного полиамида и полиамида с 15%-ным содержанием стекловолокна она достигает 350–400 °С. Поэтому при обработке большинства реактопластов наблюдается «прижог» материалов, а при обработке термопластов – расплавление и деформация материалов.

Для предотвращения перегрева материалов в процессах резания применяют следующие способы и технические решения или их комбинации.

1. Строго соблюдают режим обработки материалов резанием.

2. Используют инструмент, рекомендованный технологической документацией.

3. Заточку инструмента производят в соответствии с требованиями технологической документации.

4. Производят охлаждение зоны резания с помощью воды или специальных эмульсий.

5. Используют индустриальные масла, керосин, эмульсии для снижения трения при резании, протяжке, нарезании резьбы и т.д.