Теплофизика процесса резания металлов



Процесс резания сопровождается выделением большого количества теплоты в зоне стружкообразования, теплота генерируется по плоскости скалывания, а также в точках трения стружки о переднюю поверхность лезвия и заднюю поверхность по обрабатываемой поверхности (рисунок 6.10).

Механическая работа, затраченная на пластическую деформацию и разрушение металла в процессе стружкообразования, составляет первый источник выделения теплоты .

Срезанная стружка, скользя по передней поверхности резца, преодолевает сопротивление силы трения. Работа сил трения на передней поверхности лезвия резца является вторым источником выделения
теплоты .

Рисунок 6.10 – Источники теплообразования Рисунок 6.11 – Отвод теплоты из зоны резания

Задняя поверхность резца в процессе резания скользит по поверхности резания, преодолевая силу трения. Работа сил трения по задней поверхности лезвия инструмента является третьим источником теплоты .

Так как процесс резания обычно является устойчивым и достаточно продолжительным, то непрерывно выделяющаяся за время работы теплота также непрерывно отводится из зоны резания (рисунок 6.11).

Большая часть теплоты и часть теплоты идет на нагрев стружки и уносится ею из зоны резания. Эта часть отводимой теплоты обозначается . Часть теплоты и затрачивается на нагрев режущей части резца и постепенно распространяется по всей массе его корпуса – это второй поток отводимой теплоты .

Часть теплоты и часть теплоты проникают в металл обрабатываемой заготовки и нагревают ее. Эта отводимая теплота обозначается .

Часть общего количества выделяющейся теплоты отводится из зоны резания в окружающую среду излучением , а часть уносится охлаждающей жидкостью .

Под тепловым балансом резания понимается равенство теплоты, выделяющейся в зоне резания, и теплоты, удаляемой из нее за тот же промежуток времени. Таким образом, в каждый момент времени количество выделившейся теплоты должно быть равно количеству теплоты, уносимой из зоны резания

.

Это выражение называется уравнением теплового баланса.

Вопросы для самоконтроля

    1. Назовите и поясните основные источники выделения теплоты. Поясните каждый из них.
    2. Назовите и поясните основные пути отвода тепла из зоны резания.
    3. Напишите и поясните уравнение теплового баланса.

Смазочно-охлаждающие жидкости

Для обеспечения процесса резания, снижения износа инструмента, уменьшения сил резания, снижения температуры в зоне резания применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). В процессе резания эти жидкости смазывают трущиеся поверхности, снижая коэффициент трения и облегчая тем самым процесс пластической деформации, охлаждают инструмент, стружку и заготовку, что приводит к уменьшению температуры резания и повышению стойкости инструмента, смывает стружку из зоны резания. Все это ведет к повышению качества обработанной поверхности.

СОЖ должны оказывать смазывающее, охлаждающее и моющее действия. Под смазывающим действием понимают способность СОЖ образовывать на контактирующих поверхностях инструмента, на стружке и заготовке прочные пленки, которые полностью или частично предотвращают соприкосновение поверхностей.

Смазочное действие СОЖ растет с повышением проникающей способности веществ, входящих в их состав, и активности, с которой эти вещества вступают во взаимодействие со вновь образованными поверхностями.

Защитные пленки, образуемые СОЖ могут быть физическими, механическими или химическими.

Физические пленки образуются вследствие молекулярной абсорбции. Она повышается за счет введения в СОЖ поверхностно активных веществ, понижающих поверхностное натяжение на границе фаз «жидкость - материал».

Химические пленки образуются вследствие хемосорбции, сопровождающейся химической реакцией между СОЖ и смазываемой поверхностью. Условием образования химических пленок является присутствие в СОЖ химически-активных по отношению к смазываемому материалу веществ.

Механические пленки образуются за счет введения в СОЖ твердых составляющих, которые заполняют неровности на контактных площадях.

В качестве поверхностно активных веществ, при изготовлении СОЖ используют: олеиновую кислоту, нафтеновую кислоту, окисленный петролатум и некоторые эфиры.

В качестве химически активных присадок используют серу, фосфор, четыреххлористый углерод.

В качестве твердых присадок используют вещества, имеющие слоистое строение: графит, дисульфид молибдена, сернистый титан, сернистый цинк и др.

Пленки, образованные на поверхности заготовок при использовании СОЖ имеют свойства отличные от свойств самой жидкости.

Физические пленки имеют большое сопротивление на сдвиг, но плохо противостоят нормальным контактным напряжениям, имеют низкую термостойкость.

Химические пленки имеют низкое сопротивление на сдвиг (что снижает коэффициент трения), но лучше сопротивляются нормальным контактным давлениям и имеют более высокую термостойкость.

Механические пленки имеют низкое сопротивление на сдвиг и низкий коэффициент трения.

При создании СОЖ подбирают рецептуру, чтобы присутствовали физические, химические и механические пленки.

Смазывающее действие пленок способно снижать силы резания и улучшает качество обработанных поверхностей.

Охлаждающее действие заключается в отборе тепла от нагретых контактных поверхностей инструмента и заготовки за счет конвективного теплообмена. способность СОЖ уносить тепло зависит от ее теплофизических свойств: кинематической вязкости, теплопроводности, теплоемкости.

Моющее действие СОЖ – это ее способность удалять продукты износа с поверхности резания и с контактных поверхностей инструмента. Моющая способность повышается при снижении поверхностного натяжения жидкости. При малом поверхностном натяжении молекулы жидкости обволакивают мелкие частицы стружки и продукты износа инструмента, предотвращая их слипание. Поток жидкости уносит их из зоны резания. Моющее действие СОЖ проявляется в уменьшении абразивного износа инструмента и улучшении качества обработанной поверхности.

Все известные в настоящее время СОЖ делятся на 2 группы: водные и масляные.

К водным СОЖ относятся водные растворы электролитов и поверхностно активные вещества и масляные эмульсии. Эти жидкости имеют повышенное охлаждающее и пониженное смазывающее действия. в качестве присадок в водных СОЖ используют кальцинированную соду, нитрит натрия, буру, тринатрийфосфат, фтористый натрий и др. Присадки, взаимодействуя с атомами металла, образуют тонкий слой окислов, защищающих поверхность от окисления. Электролиты повышают смачиваемость водой поверхностей, покрытых пленками масел, и способствуют ее растеканию по поверхности. Кроме того, электролиты резко повышают проникающую способность воды.

Добавление поверхностно активных веществ в водные растворы электролитов в количестве 2…5% (мыло хозяйственное, жирные кислоты и т.п.) значительно повышают их смазывающее действие и стойкость инструмента.

Масляные эмульсии – раствор эмульсола в воде, определенной концентрации. Эти эмульсии представляют собой сложную систему «масло – вода» сильно диспергированное масло распределенное равномерно в воде. Капельки масла удерживаются от слипания эмульгаторами (ПАВ). для изготовления масляных жидкостей используют минеральные масла «Индустриальное 12», «Индустриальное 20» в объеме до 75%.. Для улучшения свойств вводят различные добавки.

Выбор СОЖ определяется характером операции, видом обработки материалами заготовки и инструмента. При чистовой обработке СОЖ должна улучшать качество обработки поверхности.

Вопросы для самоконтроля


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 390; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ