РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ РУЖЕЙНЫМИ СВЁРЛАМИ

Ключевые слова: температурное поле; суммарная температура; теория быстродвижущихся источников; режущее лезвие; глубокое сверление.

Механические явления тесно связаны с тепловыми, что обусловливает теплонапряженное состояние технологической системы, изнашивание инструмента, показатели качества обработанных заготовок.

Для определения возможности применения теории быстродвижущихся источников для моделирования условий обработки режущего лезвия при глубоком сверлении, выполним проверку с помощью расчета значения критерия Пекле:

где v_и – скорость движения источника, м/с; l_и – размер источника в направлении перемещения, м; a – коэффициент температуропроводности обрабатываемого материала, м²/с.

Расчет показал, что в условиях оптимального резания со скорость резания v₀ и температурой резания θ₀ минимальное значение критерия Пекле превышает 10. Следовательно, для рассматриваемых условий работы однолезвийного осевого режущего инструмента допустимо применение теории быстродвижущихся источников [3].

В данном контексте будем рассматривать несколько источников тепла: в зоне первичных пластических деформаций – как результат предварительного деформирования обрабатываемого материала; на передней и задней контактных площадках режущего лезвия – как результат работы сил трения и пластических деформаций.

Суммарная температура на передней поверхности режущего лезвия инструмента

Рисунок 1.  Схема к расчету температурного поля в зоне первичных пластических деформаций

Суммарная температура по передней поверхности равна сумме максимальной температуры первичных пластических деформаций в объеме ABON (Θ_A) (Рисунок 1) и переменной вдоль передней поверхности температуры вторичных пластических деформаций на участке АЕ (0 ≤ x_П ≤ l₀) (рисунок – схема к расчету ТП по передней поверхности) и температуры трения на участке ЕС (l₀ ≤ x_П ≤ l) (Рисунок 1):

Можно записать:

– для участка пластического контакта

– для участка упругого контакта

где  – отношение максимальной температуры трения на передней контактной площадке режущего лоезвия к максимальной температуре в зоне первичных пластических деформаций. Величина данного отношения определяется из уравнения баланса тепловой и механической энергий.

Суммарная температура на задней поверхности режущего лезвия инструмента

Температура поверхности резания под задней контактной площадкой режущего лезвия определится выражением

где Θ_Д – температура, определяемая переносом части теплоты деформации (источник ABON) в деталь; Θ’_З – температура, определяемая переносом части теплоты трения задней поверхности режущего лезвия об обработанную поверхность в деталь.

Можно записать:

где Ψ_D = Θ’_D / Θ_A – отношение температуры в конце площадки контакта по задней поверхности режущего лезвия к максимальной температуре в зоне первичных пластических деформаций. Величина данного отношения определяется из уравнения баланса тепловой и механической энергий.

Схемы распределения температурных полей в зоне резания представлены на рисунке 2:

1 – температурное поле от источника тепла ABON , который действует в зоне первичных пластических деформаций источника тепла ABON;

2 – температурное поле от контактной площадки Δ задней поверхности;

3 – температурное поле от участка пластического контакта l₀ – передней поверхности.

Рисунок 2. Схема распределения температурных полей

Расчет температуры резания

Под температурой резания понимается средняя интегральная температура по передней и задней контактных площадках режущего лезвия инструмента. Эта температура приблизительно равна температуре, которая регистрируется естественной термопарой. Для расчета температуры резания из ранее полученных выражений были определены значения средних температур на контактных поверхностях режущего лезвия инструмента.

Учитывая распределение теплоты трения на передней поверхности между стружкой и лезвием инструмента, а на задней поверхности – между деталью и лезвием, было получено следующее выражение для расчета температуры резания [1]:

Формула (7) позволяет учесть целый комплекс как режимных параметров, так и механических и теплофизических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов, а также специфические особенности конструкции ружейных сверл при расчете температуры резания.

Выводы

Таким образом, в данной статье были рассмотрены вопросы по аналитическому определению суммарных температур в зоне резания, а именно:

– суммарную температуру по передней поверхности ;

– суммарную температуру по передней поверхности .

Также в данной статье описана структура распределения температурных полей в среде режущий инструмент – заготовка – стружка.

Список литературы:

1. Баранов А. В. Оптимизация процессов лезвийной обработки отверстий: Монография. – Рыбинск: РГАТА, 2004. – 152 с.
2. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки. Москва: Машиностроение, 1981. – 250 с.
3. Силин С. С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроние, 1979. – 152 с.