XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Совершенствование технологических процессов в машиностроении напрямую связано с изучением тепловых явлений, сопровождающих эти процессы. При резании материалов работа внешних сил в значительной степени превращается в тепловую энергию. Тепло, выделившееся в зоне механической обработки, как известно, является следствием упруго-пластического деформирования элементов системы резания, диссипативного по своей природе процесса трения отдельных частей системы, а также изменения внутренней энергии изнашиваемого материала инструмента и сопутствующие этому структурные и фазовые превращения. Поэтому исследование вопросов, связанных с распределением энергетических потоков в зоне механической обработки, продолжает оставаться одной из важных теоретических и прикладных задач. Доля тепла, поступающего в инструмент, оказывает существенное влияние на условия его работы и может привести к быстрому износу. Распределение энергетических потоков между обрабатываемой деталью, стружкой и инструментом сильно зависит от теплофизических свойств материалов заготовки и инструмента. Поэтому при проектировании процесса механической обработки детали необходимо обращать внимание на сочетание теплофизических свойств этих материалов. По данным работы [1] проанализировано значение доли тепла, идущей в инструмент, при обработке различных, в том числе и тугоплавких сплавов. Результаты представлены в таблице. Для учёта характера источника тепла, возникающего при контакте задней поверхности инструмента с заготовкой, рассчитан критерий Пекле. Согласно этому критерию определяется: движущийся или быстродвижущийся (Pe>10) источник тепла образуется. Впереди быстродвижущегося источника тепло не распространяется, и характер отвода тепла из зоны механической обработки становится иным.

Из анализа таблицы можно сделать следующие выводы. При обработке тугоплавких материалов источники тепла, как правило, не являются быстродвижущимися. Значительна доля тепла, идущего в инструмент. Особенно выделяются в этом вольфрамовый и молибденовый сплавы, хотя коэффициенты теплопроводности этих материалов очень высокие. Однако, из данных таблицы видно, что с увеличением скорости обработки (критерия Пекле) доля тепла, идущая в инструмент, уменьшается. Инструментальный твёрдый сплав ВК8 имеет самый высокий из всех инструментальных материалов, представленных в таблице, коэффициент теплопроводности. Вероятно, с этим связана большая доля тепла, идущего в инструмент. При обработке титанового сплава ВТ2 с увеличением скорости резания и, соответственно, критерия Пекле, доля тепла, идущего в инструмент снижается и достигает минимального значения, когда источник тепла становится быстродвижущимся. Сравнение обработки стали 45 различными твердосплавными пластинами, отличающимися в два раза коэффициентами теплопроводности, говорит о предпочтении материала, обладающего меньшим значением коэффициента теплопроводности (Т15К6). Таким образом, при выборе материала инструмента необходимо проводить сопоставление и анализ теплофизических свойств материалов, участвующих в процессе механической обработки. Так же разработчику технологического процесса механической обработки детали необходимо обладать как можно большим количеством информации, чтобы наилучшим образом подобрать не только материал инструмента, но и параметры процесса.

Таблица

Доля тепла, поступающего в инструмент

Список литературы.

Рыжкин А.А., Щучев К.Г., Моисеев Д.В., Висторопская Ф.А. К вопросу оценки доли энергии, затрачиваемой на износ в условиях резания. Вестник ДГТУ. 2014. Т. 14, № 3 (78), с. 152-163.