ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ
For a solution of the question about distribution of heat flows inside a body of a cutting tool the method of finite differences, improved will be used at the expense of precomputation of temperatures and reduction of quantity of equations of a system.
В общем виде влияние смазочно-охлаждающих технологических сред может быть представлено в виде формулы (1):
tо = t –(tс+ tр + tт + tи) (1)
где tо – температура данного участка зоны резания при работе с охлаждением,
t – температура того же участка при резании без смазочно-охлаждающей жидкости.
Остальные четыре величины, входящие в выражение (1), соответствуют четырем главным факторам влияния внешней среды на температуру в зоне резания.
Величина tс представляет снижение температуры, вызванное улучшением смазки трущихся поверхностей в связи с применением смазочно-охлаждающей среды. Смазочное действие среды способствует изменению характера контактных явлений в зоне резания за счет снижения сил трения, сдвига зоны наростообразования и связанных с ними коэффициентов усадки стружки k и длины контакта стружки с передней поверхностью lп. это приводит к уменьшению интенсивности теплообразующих потоков и вызывает снижение температуры в зоне резания.
Величина tр в формуле (1) представляет снижение температуры, вызванное диспергирующим (“режущим”) действием смазочных сред. Этим термином обычно обозначают снижение удельной работы резания за счет охрупчивания тонких слоев обрабатываемого материала (эффект Ребиндера), что, в свою очередь, уменьшает теплообразование.
Таким образом, сумма tс + tр представляет собой снижение температуры в зоне резания в результате применения внешних сред по сравнению с работой всухую.
Величины tт + tи отражают влияние на температуру зоны резания нагретых поверхностей инструмента, стружки и изделия tт, а также снижение температуры в результате испарения частиц жидкости, попавших на контактные площадки tи.
Изменением температуры tи в результате испарения можно пренебречь. Тогда выражение (1) может быть представлено
tо = t –( tс+ tр+ tт) (2)
Прибавив и вычтя из правой части последнего выражения t получим:
tо = (t – tс – tр)+(t – tт) – t. (3)
Теперь первое слагаемое t1 = (t – tс – tр) представляет собой температуру в зоне резания при условии, что применяемая среда имеет только смазочное и «режущее» действие. Второе слагаемое t2 = (t – tт) равно температуре, возникающей, если эта среда имеет только охлаждающее действие. Третье слагаемое t – температура при работе всухую.
Используя формулы [1] для определения влияния СОТС на температуру в зоне обработки
где dпп – относительное снижение температуры передней поверхности инструмента под действием, подаваемой на нее, струи охлаждающей жидкости;
dзп – относительное снижение температуры задней поверхности под действием той же струи охлаждающей жидкости, подаваемой на переднюю поверхность инструмента;
aп – коэффициент теплообмена инструмента с жидкостью на передней поверхности, Вт/м2.oC.
По итогам расчета создан рисунок 1, характеризующий температурное поле токарного резца без охлаждения и с применением водной СОТС на основе эмульсола при следующих условиях: обработка стали 2Х13 на воздухе при температуре tв=20° резцом с твердосплавной пластинкой ВК6М и углами g=15°, a=8°, b=90° и j=45° при скорости резания V=60 м/мин, подаче s=0,1мм/об и глубине резания t=1 мм. Его анализ показывает, что температура охлаждаемых поверхностей инструмента снизилась почти в два раза, что хорошо согласуется с экспериментальными исследованиями.
Выводы. Охлаждающее действие СОТС приводит к. изменению температурного поля рассматриваемой системы твердых тел. Зная теплофизические свойства СОТС, обрабатываемого материала и режущего инструмента, можно расчётным путём, не проводя дорогостоящих стойкостных испытаний, подобрать оптимальные условия работы режущего инструмента.
Список литературы: 1. А. Н. Резников. Теплофизика резания. – Москва: Машиностроение, 1969. – 288 с.
2. А. В. Якимов., П. Т. Слободяник, А. В. Усов. Теплофизика механической обработки: Учеб. пособие. – Киев: Лыбидь, 1991 – 240 с.