<<
>>

3.3. Расчет охлаждающей способности СОЖ

Как известно, большая часть механической энергии, затрачиваемой на резание, превращается в тепловую [12 - 17]. Основными источниками теплоты при резании металлов являются зона стружкообразования и те участки передней и задней поверхности резца инструмента, которые контактируют с обрабатываемой деталью и стружкой (рисунок З.1.).

'ППОСКОСТЬСЛЕИГА

Рис. 3.1. Зона контакта инструмента и обрабатываемого Металла* при резании Температуры, на поверхностях контакта инструмент-заготовка, значительно выше, чем в зоне пластической деформации металла. Высокие температуры в зоне контакта оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на процесс резания [3]. Положительное влияние реализуется в нагреве поверхностных слоев заготовки до температур, облегчающих пластическое течение обрабатываемого металла, в уменьшении его сопротивления на сдвиг. К отрицательным факторам относятся ускорение диффузионного и усталостного изнашивания инструмента.

Для источников теплоты и ее стоков, действующих в зоне резания при различных видах обработки, вид зависимости f(x„, y„, zM, т.) сложен и, как правило, заранее неизвестен. В ранних работах по теплофизике резания, плотность тепловыделения, вызванного трением между стружкой и передней поверхностью резца, полагалась равномерной.

В настоящее время экспериментальным путем установлено, что на площадке контакта инструмента и обрабатываемого металла имеют место два вида трения. Вблизи режущей кромки, в зоне высоких давлений, возникает внутреннее трение, далее в зоне более низких давлений - внешнее трение между стружкой и резцом.

Поэтому область тепловыделения целесообразно представить в виде двух участков. На участке вблизи режущей кромки действует закон равномерного распределения плотности тепловыделения, а на оставшемся - экспоненциального (рис. 3.2.).

шва^

Рис. 3.2. Графическая интерпретация закона распределения ч плотности тепловыделения Зная вид функции f(x„, ум, z*, т.) и q0* влияние СОЖ на эту функцию, можно рассчитать количество теплоты, образующейся в зоне резания. На практике при анализе тепловых процессов часто решают обратную задачу. Экспериментально определяют количество теплоты Q, или среднюю мощность тепловыделения W, за время т и находят при заданном законе распределения наибольшую плотность теплового потока q0.

Если предположить, что закон распределения тепла в зоне стружко- образования не зависит от времени, т.е. процесс резания протекает стабильно во времени, то

qo=f/ = y , (28)

где

1= J J J Я Хи, Ум, Z„,) dxM, dy„, dZn . (29)

V

Формула справедлива для трех-, двух и одномерных источников. Различие будет лишь в интеграле I, который для двумерного источника примет вид

I ={J f( хи, Уи,) dxM, dy„, (30)

а для одномерного

(31)

1= J f(xH) dx„.

/

(32)

Снижение температуры резания при применении СОЖ достигается в основном вследствие активного отвода теплоты с незанятых стружкой поверхностей инструмента, примыкающих к зоне резания. Увеличение интенсивности отвода теплоты стружкой оказывает меньшее влияние на температуру в зоне резания из-за кратковременного контакта стружки с инструментом.

В окрестностях точки контакта резца с обрабатываемым материалом выделим элементарный объем dV. Обозначим координаты точки контакта инструмента с деталью хи, ун zK. За время dx в объеме dV выделится количество теплоты dQ. Отношение (33)

q(x„,yM, T.)=dQ/(dx dV) будет определять плотность тепловыделения в точке М в момент времени т.

Чтобы определить количество теплоты Q, выделившееся во всей области J за время т, интегрируем выражение (33)

(34)

о

(35)

q (хи, ум, z„, t.)= q0 f(xM, уи, z„, т.),

,2

где qo - максимальная плотность выделения, Вт/м

Предположим

Безразмерная функция f(хш т.) описывает закон распределения плотности тепловыделения во времени и в объеме области J. Отрицательный тепловой поток (сток теплоты) прямо пропорционален коэффициенту теплопередачи а между СОЖ и инструментом. Понижение температуры на площадке контакта стружки и плоской поверхности резца в результате охлаждающего действия СОЖ, на наш взгляд, целесообразно рассчитать по формуле Релея:

Т(х,2)=--^Я ,, (36)

где Т(хьу|) - температура в данной точке резца;

а - коэффициент теплопередачи между СОЖ и резцом.

Интегрирование проводится по всей поверхности, обрабатываемой СОЖ. Отметим, что площадь, охлаждаемая СОЖ, во много раз больше площади контакта стружки с инструментом.

Коэффициент теплопередачи между СОЖ и резцом рассчитывается по числу Нуссельта из формулы, определяющей конвективный теплооб-мен между поверхностью инструмента и СОЖ:

(37)

где \ - теплопроводность СОЖ, Вт/(м«К);

К - градусы Кельвина.

При расчете охлаждающей способности водных и масляных СОЖ следует учитывать, что теплопроводность водных СОЖ в несколько раз выше, чем масляных. В качестве примера в таблице 3.4 приведены значе-ния теплопроводности для трех водных и трех масляных СОЖ

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
<< | >>
Источник: Шашин Андрей Дмитриевич. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОЖ IIA ПРОЦЕСС ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА II ЗАГОТОВКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ. 2003

Еще по теме 3.3. Расчет охлаждающей способности СОЖ:

  1. Между тем право способно содействовать возникновению новых отношений, а применительно к банковским кредитным
  2. Выводы по главе
  3. Шашин Андрей Дмитриевич. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОЖ IIA ПРОЦЕСС ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА II ЗАГОТОВКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ, 2003
  4. ВВЕДЕНИЕ
  5. 1.1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием
  6. 2.3. Влияние функциональных свойств СОЖ на процесс резания
  7. 2.3.1. Смазывающие свойства СОЖ
  8. 2.3.2. Смачивающие свойства СОЖ
  9. 2.3.4. Охлаждающие свойства СОЖ
  10. 2.3.5. Моющая способность СОЖ
  11. З.1. Методология подбора и разработки новых составов СОЖ
  12. 3.2. Исследование смазочной способности СОЖ на модельных установках
  13. 3.3. Расчет охлаждающей способности СОЖ
  14. 3.4. Выводы