Закономерности управления тепловыми процессами при механической обработке

Abstract

Предложен теоретический подход к определению параметров теплового процесса при механической обработке с позиции закона сохранения энергии с учетом аналитического представления энергоемкости обработки. Теоретически обоснован характер распределения тепла, возникающего при механической обработке (точении), уходящего в поверхностный слой обрабатываемой детали и образующуюся стружку. На этой основе аналитически определена температура резания, которая увязана с толщиной нагретого поверхностного слоя обрабатываемой поверхности. Показано, что с увеличением скорости резания температура резания непрерывно увеличивается до определенного значения, а затем остается постоянной при одновременном увеличении производительности обработки. При этом толщина нагретого поверхностного слоя обрабатываемой поверхности детали с увеличением скорости резания непрерывно уменьшается, что снижает вероятность возникновения в поверхностном слое обрабатываемой детали температурных дефектов (прижогов, микротрещин). Причем, данная закономерность, исходя из выполненных расчетов, имеет место как при равномерном, так и неравномерном распределении тепла в поверхностном слое обрабатываемой детали. Следовательно, с увеличением скорости резания образующееся тепло фактически полностью уходит на нагревание стружки, что согласуется с экспериментальными данными. Этим показано, что характер изменения температуры резания аналогичен характеру изменения доли тепла, уходящего в образующуюся стружку: чем она больше, тем больше температура резания. Поэтому исследования закономерностей изменения температуры резания сводится, по сути, к установлению характера изменения доли тепла, уходящего в образующуюся стружку, что является основой выбора оптимальных параметров механической обработки по температурному критерию.

A theoretical approach to determining the parameters of a heat process during mechanical processing from the standpoint of the law of conservation of energy is proposed taking into account the analytical representation of the energy intensity of processing. The nature of the distribution of heat that occurs during machining (turning), leaving in the surface layer of the workpiece and the resulting chips is theoretically substantiated. On this basis, the cutting temperature has been analytically determined, which is related to the thickness of the heated surface layer of the treated surface. It is shown that with an increase in cutting speed, the cutting temperature continuously increases to a certain value, and then remains constant with a simultaneous increase in processing productivity. In this case, the thickness of the heated surface layer of the workpiece surface with a decrease in cutting speed continuously decreases, which reduces the likelihood of temperature defects in the surface layer of the workpiece being treated (burns, microcracks). Moreover, this regularity, based on the calculations made, takes place both with uniform and uneven distribution of heat in the surface layer of the workpiece. Consequently, with an increase in the cutting speed, the generated heat almost completely goes to the heating of the chips, which is consistent with experimental data. This shows that the nature of the change in cutting temperature is similar to the nature of the change in the fraction of heat leaving in the generated chips: the more it is, the higher the cutting temperature. Therefore, the study of the laws of change in cutting temperature is reduced, in essence, to establishing the nature of the change in the fraction of heat leaving in the generated chips, which is the basis for choosing the optimal machining parameters according to the temperature criterion.