Назад

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР НА ПЕРЕДНЕЙ
ПОВЕРХНОСТИ ЛЕЗВИЯ ИНСТРУМЕНТА
Легащева Т.А., Бобырь О.В., Ивченко Т.Г.(ДонГТУ, г. Донецк, Украина)

    Функционирование системы резания в значительной мере определяется тепловыми явлениями, влияющими на закономерности стружкообразования, работоспособность режущего инструмента, качествообработки деталей. В настоящее время все большее распространение приобретают теоретические методы исследования температур при резании, позволяющие рассчитывать уровень температур в любых точках тел, участвующих в теплообмене. При этом становится возможным описывать температурные поля, как на поверхностях контактирующих тел, так и внутри этих тел.
    Представленная работа посвящена исследованию распределения температур на передней поверхности лезвия инструмента с помощью метода источников, основанного на использовании принципов конструирования решений и принципов отражения источников [1].     При схематизации компонентов исследуемой системы лезвийный инструмент рассматривается в виде неограниченного клина с углом заострения b. Источник теплоты, возникающий на передней поверхности лезвия инструмента, представляется двумерным прямоугольным с размерами bхl, равным площадке контакта стружки с передней поверхностью, с равномерной плотностью распределения теплового потока [2]:

,   (1)

где V- скорость резания; P_Z0 = P_z – F_тр - разность тангенциальной силы резания и силы трения по задней поверхности лезвия; P_N0= P_y – F_тр - разность нормальной составляющей силы резания и силы трения по передней поверхности лезвия; s – подача,t -глубина резания;k - коэффициент продольной усадки стружки; g - передний угол лезвия.
    Температурное поле, возникающее в неограниченном пространстве под действием двумерного прямоугольного источника теплоты, равномерно распределенного по площадке bxl при установившемся теплообмене, определяемое, согласно принципу конструирования источников, на основании интегральных переходов от точечного источника к двумерному и от мгновенного источника к действующему непрерывно, описывается выражением: ,   (2)
где х_и, у_и,z_и – координаты места вспышки J(х_и, у_и, z_и); х, у, z – координаты какой-либо точки тела М(х, у, z); λ – коэффициент теплопроводности материала.
Для перехода от неограниченного пространства к неограниченному клину следует ввести коэффициент K(b ), определяемый согласно принципу отражения источников в зависимости от угла заострения b: .   (3)

Значения этого коэффициента равны: K(b) = 6 для углаb) = 60° и K(b) = 4 для b = 90°.
    Полученная формула позволяет рассчитывать температурное поле на передней поверхности лезвия в плоскости XOZ, считая >y=0. Перейдем к безразмерным величинам: .   
Тогда: ,    (4)
где Т(ψ,ζ) - закон распределения температур в безразмерном виде:
.    (5)
Решая этот интеграл, получаем:
.   (6)
Полученная формула описывает безразмерное температурное поле.     Температура на вершине лезвия определяется на основании безразмерного значения функции Т(ψ,ζ) в точках ψ = 0; ζ = 0: .    (7)
    Определение фактических максимальной температуры и температуры на вершине лезвия осуществляется с использованием формулы (4).
    В качестве примера рассмотрим резец из твердого сплава Т15К6 для следующих условий обработки: обрабатываемый материал - сталь45; предел прочности s=750 Мпа; коэффициент усадки стружки k=1,8; геометрические параметры: углы в плане f=f1=45°; передний угол g=15°, задний угол a =15°; режимы резания: глубина t=2мм,подачаs=0,2мм/об, скорость резания v=150м/мин; коэффициент теплопроводности резца l=27,2 Вт/м°С.
    Для заданных условий обработки плотность распределения теплового потока q = 1,44·10⁷, длина контакта стружки с передней поверхностью l = 1,3мм, ширина контакта - b= 2,8мм, значение h = 1.06. В этом случае безразмерные значения Т_вер= 3.94, T_max = 4,93.
Фактическая температура на вершине лезвия .
Фактическая максимальная температура .

    Предложенные аналитические зависимости позволяют установить характер и степень влияния свойств обрабатываемого и инструментального материалов, геометрических параметров лезвия инструмента, режимов обработки на распределение температур на передней поверхности лезвия, максимальную температуру, температуру вершины лезвия. Указанные параметры оказывают весьма сложное влияние на температуру, так как по-разному влияют на величину теплового потока, возникающего в зоне обработки и размеры площадки контакта стружки с передней поверхностью лезвия. Разработано программное обеспечение расчетов температурных полей на передней поверхности лезвия инструментов с использованием пакета прикладных программ Mathcad.

    Таким образом, в представленной работе с использованием метода источников теплоты разработано математическое и программное обеспечение для определения распределения температур на передней поверхности лезвия инструмента с учетом условий механообработки.
    
    Список литературы: 1. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1981. - 279с. 2. Ивченко Т.Г., Легащева Т.А. Определение температуры на вершине лезвия режущего инструмента с использованием метода источников. ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонГТУ, 2000. - № 1. С.33-36.