Back

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ РЕЗЦОВ,

ОСНАЩЕННЫХ МИНЕРАЛОКЕРАМИКОЙ

Ивченко Т.Г., Легащева Т.А. (ДонГТУ, г.Донецк, Украина)

The theoretical and experimental investigation of cutting tools temperature used for increasing of reliability. The creation of the optimum cutting conditions made the improvement of cutting tools effective exploitation.

 Рациональное использование инструментов, оснащенных минералокерамикой, является одним из наиболее важных резервов повышения производительности механообработки с обеспечением высокого качества обработанной поверхности. В связи с этим представляет интерес исследование закономерностей процесса резания этими инструментами и разработка рекомендаций по выбору параметров обработки.

На работоспособность режущего инструмента и на качество поверхностей обработанных деталей существенно влияют тепловые явления при резании. В настоящей работе решается задача исследования влияния параметров обработки на температурное поле многогранных минералокерамических пластин сборных резцов с углом заострения режущего лезвия b=90°.

Для теоретического описания стационарного двумерного температурного поля этих пластин использовано дифференциальное уравнение теплопроводности [1]:

где  - температура, координаты точек тела и время.

Для нахождения приближенного решения указанного дифференциального уравнения в частных производных использован метод релаксации, реализованный средствами математического пакета Mathcad 7.0 Professional Edition. Уравнение на квадратной области представляется в виде:

,

где a_ij , b_ij , c_ij , d_ij , e_ij , f_ij  - квадратные матрицы, содержащие коэффициенты уравнения и граничные значения решения на границе области (граничные условия).

На рис. 1 представлена схема для расчета температурного поля в многогранной минералокерамической пластине толщиной S и длиной l сборного резца. Сечение пластины разбито на n квадратных площадок со стороной квадрата DX. Для произвольного выделенного i,j узла, имеющего температуру Q i,j, показаны четыре соседние точки, образующие указанную квадратную область:  i-1,j;  i, j-1;  i+1,j;  i,j+1 с соответствующими температурами Q i-1,j; Q i,j-1; Q i+1,j; Q i,j+1.

На площадках контакта лезвия со стружкой и деталью имеют место граничные условия второго рода, определяемые законами распределения плотности тепловых потоков q₁ и q₂. Предполагается, что остальные участки поверхностей пластины являются адиабатическими, то есть, не обмениваются теплотой с окружающей средой и отдаленными от источника тепловыделения поверхностями. Для них q_s = 0.

Согласно [2], для источникa q₁, являющегося результатом трения стружки о переднюю поверхность инструмента, на основании теоретических и экспериментальных исследований установлен комбинированный закон изменения плотности, состоящий из участков равномерного q_1р на половине длины контакта стружки с передней поверхностью l₁/2 и экспоненциального распределения q_1р.(f) на другой половине:

; при ;

; при ,

где V - скорость резания; g - передний угол резца; b - ширина среза; k - коэффициент продольной усадки стружки;P_Z0 - разность тангенциальной силы резания и силы трения по задней поверхности лезвия; P_N0- разность нормальной составляющей силы резания и силы трения по передней поверхности лезвия; f = x/l₁ – безразмерная координата.

Длина контактной площадки в направлении схода стружки, а также размеры сечения среза:

; ,  ,

где а - толщина среза;  S - подача; t - глубина резания; j- главный угол в плане.

Соответственно, для источника q₂, действующего на площадке контакта детали с задней поверхностью инструмента, установлен нормальный закон распределения плотности теплового потока с максимальным значением у вершины резца:

;

,

где s_b - предел прочности обрабатываемого материала; f = y/l₁ – безразмерная координата.

На основании решения указанного дифференциального уравнения теплопроводности проведен анализ влияния на температурное поле лезвия параметров обработки, определяющих плотности тепловых потоков q₁ и q₂,

Back