Энергозатраты процесса резания.

Если направление силы P_zc совпадает со скоростью резания u_р, то мощность резания будет N_e= P_zc u_р [Вт]. Эта мощность составляет 98- 99% всех энергозатрат, превращающихся в тепло. При этом большая часть (около 68%) уносится стружкой, 24% - СОЖ, в инструмент уходит около 5%, в деталь примерно 2%.

Очагами возникновения теплоты в процессе резания являются плоскости сдвигов в срезаемом слое металла, зоны трения передней поверхности инструмента со сходящей стружкой и задних поверхностей инструмента с обработанной поверхностью детали. На рис. 6.16 пунктиром обзначены изотермы.

Распределение мощности можно описать выражением

N_e= DT_i / R_i, (6-16)

где DT_i , R_i - перепад температур и термосопротивление в направлении теплопередачи; k= 3.

Рис. 6.16

Схема температурного поля в зоне резания .

В принципе температура каждого источника разная, однако, если принять, что из-за малых размеров источником тепла является одна зона, то

N_e= DT 1 /R_i. (6- 17)

Это означает, что в любой канал поступает столько тепла, сколько позволяет его термосопротивление R_i .

Термосопротивление канала стружки при точении можно описать выражением

R₁= K_s /(m_cc_c) » 1,3/ [m_c (0,48…0,52)], С°/Вт , (6- 18 )

где m_c - масса стружки, снимаемая в секунду (г/сек); c_c = 0,52Нм/(гС°) - - удельная теплоемкость стружки (Нм/(гС°); K_s = 1,3- коэффициент сохранения тепла в стружке.

Так, если нет охлаждения, и вся энергия переходит в стружку, то повышение ее температуры составит, учитывая, что объемы стружки и снимаемого металла одинаковы

DT= P_zu_p1,3/(m_cc_c)= P_zu_p1,3Dt/(Dtm_cc_c)= p_у 1,3/(с_сr_с), где Dt - отрезок времени; r_с = 7,8*10⁶ г/м³ - плотность стружки; p_у= 2360 H/ мм²- удельное давление для стали средней твердости.

Так как объем стружки и объем снимаемого металла одинаковы, то

DT= p_у 1,3/(с_сr_с)= 2360*10⁶*1,3/(0,52*7,8*10⁶)=756°С.

В таблице 6.3 приведены значения удельного давления, полученные Клушиным М.И.

Таблица 6.3

Термосопротивление канала источник тепла- деталь.

Рассматривается случай отсутствия защитных окисных пленок.

R₂= D₂/(f₂l₂), (6-19) где D₂ - путь, проходимый тепловой волной; f₂ - площадь контакта; l₂ - коэффициент теплопроводности канала.

Клушиным приводятся ниже указанные данные.

D₂= 0,002t^1/2, м ; t - время контакта в сек.Тогда

R₂= 0,002(h/u_p)^1/2/(hb_kl₂) , сек°С/Нм (6-20)

Здесь l₂= 45,4 вт/(м°С)- для инструмента из углеродистой стали;

= 26 -”- Р-18.

Термосопротивление канала источник тепла- инструмент

R₃= D₃/(f₃l₃), (6-21) где D₃= 0,002t₃^1/2= 0,002*(zh/u_р)^1/2 , z - коэффициент усадки стружки по толщине; h - длина линии контакта стружки с передней поверхностью инструмента; f₃= b_кz- площадь контакта.

Таким образом

R₃=0,002*(zh/u_р)^1/2/( b_кzl₃) , °С/вт. (6-22)

Канал СОЖ

R₄= (r_жс₄Q_сож)^-1, °С/вт. (6-23)

Здесь с₄ = 2,1 втНм/(г°С)- для воды;

= 1,97 - для минерального масла.

В процессе резания происходит износ режущих инструментов. Введено понятие стойкости Т_и или период стойкости инструмента. На рис. 6.17 показана экспериментальная зависимость скорости резания от стойкости инструмента. Видно, что при скорости резания u_р¹ u_рmax стойкость инструмента хуже, чем при u_р= u_рmax.

Нужно, однако, заметить, что в зависимости от особенностей производства работать можно в любой зоне.

Рис.6.17

Связь скорости резания и

износостойкости.

Вообще выбор режима резания является достаточно тонкой задачей. Правильный выбор возможен при учете экономических, физических и других факторов.

Существуют разнообразные справочники, книги, но на практике все расчеты требуют корректировки по условиям работы в цехе. Целесообразней всего выбирать режим резания после выполнения специального исследования. При этом расчет стойкости инструмента ведется по уравнению, выведенному из статистических исследований

Т_с= {C_v/[u_рt^xs^y_o(HB/200)^z]}^1/m, (6-24)

где u_р, t, s_o - скорость резания, глубина, подача на оборот; HB - твердость детали. Коэффициенты С_v, x, y, z, m- определяются из таблиц.

Экономические показатели вычисляются с учетом себестоимости, штучного времени операции и т.п. В результате исследования получается семейство кривых, показанное ни рис.6.18.

Рис. 6.18. Выбор

режимов резания:

1- стойкость от скорости резания; 2- стоимость процесса; 3- ресурс инструмента; 4- норма сменной выработки.