,ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ДЕТАЛИ
Ивченко Т.Г., Легащева Т.А., Бобырь Н.А.
(ДонГТУ, г.Донецк, Украина)The theoretical investigations of the surface detail temperature are used for substantiation of the optimal temperature level and creation the optimum cutting conditions. The increasing of the detail strength and wear resistant is made by
prognostic of the surface properties taking into account the temperature level.Качество деталей в значительной мере определяется поверхностным слоем, формируемым под влиянием силовых и температурных воздействий в процессе механообработки. Представленная работа посвящена определению температурного поля в поверхностном слое заготовки с использованием одного из наиболее распространенных в теплофизике аналитических методов расчета – метода источников.
Основным источником теплоты при различных видах обработки – лезвийной, алмазно-абразивной, отделочно-упрочняющей является зона обработки, размеры которой существенно меньше размеров обрабатываемой детали. В связи с этим, независимо от вида обработки, при схематизации компонентов технологической системы деталь рассматривается как полубесконечное тело. Источник теплоты, возникающий на поверхности заготовки в результате взаимодействия с инструментом, рассматривается как быстродвижущийся полосовой. Мощность источника теплоты определяется скоростью его перемещения
V и силой P в зоне обработки, действующей в направлении перемещения источника: W=PV.Доля теплоты в теле, по которому перемещается источник, то есть доля теплоты, поступающая в деталь,
определяется следующей зависимостью [1]:,
где l и
, l д , w и , w д – коэффициенты теплопроводности и температуропроводности инструмента и детали соответственно, t - время действия источника, l – размер полосового источника.Плотность теплового потока, равномерно распределенного по площадке
F контакта инструмента с деталью: q = b* PV /F.Температурное поле в детали для полосового быстродвижущегося источника описывается аналитическим выражением
[2]:
,
где
xu – координата, характеризующая положение полосового источника теплоты; x, y – координаты точки детали, для которой рассчитывается температура (x характеризует изменение температуры по поверхности детали в направлении перемещения источника, y – по нормали к поверхности вглубь детали).Верхний предел интегрирования
p зависит от координаты x точки, для которой рассчитывается температура. Если x ³ l, то p = l; если же x< l, то p = x, так как в этом случае на температуру влияют только те источники, которые имеют координату 0
xu x. Остальные источники, у которых x <
xu l, влияния не оказывают, так как теплота, выделяемая быстродвижущимся источником, впереди источника не распространяется.
Для описания температурного поля в детали целесообразно перейти к безразмерным величинам, обозначив:
; 
; 
.
Тогда температурное поле в детали для полосового быстродвижущегося источника имеет вид:
,
где
Pe – критерий Пекле:
; Т(y
,n
) – безразмерное распределение температур в поверхностном слое заготовки:
,
где D
- верхний предел интеграла: D = y при 0 y
1 и D
= 1 при y
>
1.
На основании анализа безразмерной функции температуры установлены координаты точки на поверхности детали, имеющие максимальную температуру: при y
=1 и n =0 безразмерная функция имеет наибольшее значение Tmax(1,0) = 1.С использованием указанных зависимостей проведены исследования температурного поля в поверхностном слое детали при различных видах механообработки - точении, шлифовании и обкатке в зависимости от свойств обрабатываемого и инструментального материалов, геометрических параметров инструмента, режимов обработки. В результате исследований разработаны рекомендации по выбору рациональных условий обработки, обеспечивающих снижение температуры детали.
Список литературы:
1. Резников А.Н. Теплофизика резания. - М.: Машиностроение, 1969. - 288с. 2. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. - М.: Машиностроение, 1990. – 288с.