1.3. Тепловой баланс процесса резания

В процессе резания металлов происходит интенсивное тепловыделение. Практически вся механическая работа, затрачиваемая на срезание припуска заготовки, превращается в теплоту. Полное количество теплоты Q, выделяющейся в единицу времени, можно определить из выражения:

Q=P.V [Дж/с], (2)

где Р - сила резания;

V - скорость резания.

Тепловой баланс в процессе резания можно представить в следующем виде:

Q=Q*+Qm+Q„~Qc+Q,+Q*+Q, №L (3)

Где Qd - количество теплоты, выделяемой при упругопластичной деформации обрабатываемого материала;

QM - количество теплоты, выделяемой при трении стружки о переднюю поверхность лезвия режущего инструмента;

Qm~ количество теплоты, выделяемой при трении задней поверхности режущего инструмента о заготовку;

Qc - количество теплоты, отводимое стружкой;

Q} ~ количество теплоты, отводимое заготовкой;

Qu - количество теплоты, отводимое режущим инструментом;

Q, - количество теплоты, отводимое в окружающую среду.

В зависимости от технологического метода и условий обработки стружкой отводится от 25 до 85% всей выделяемой теплоты; заготовкой - 10-50%; инструментом - 2-8%. Количественное распределение теплоты, отводимое стружкой через инструмент и заготовку, зависит главным образом от скорости резания V^.

Нагрев режущего инструмента в зоне контакта с прирезцовой стороной стружки до высоких температур (t=800 °С и выше) и связанное с этим тепловыделение отрицательно влияет на инструмент и заготовку: вызывает снижение твердости режущего инструмента и потерю его режущих свойств, структурные превращения в поверхностном слое обрабатываемого металла. Нагрев инструмента вызывает изменение его геомет-рических размеров, что снижает точность обработки, вызывает погрешность геометрической формы обрабатываемых поверхностей.

Температурные деформации режущего инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают не только точность, но и качество обра- ботки. Изменение температурного поля по объему заготовки в процессе обработки приводит к погрешности формы обрабатываемых поверхностей. Необходимо отметить, что в значительной части работ по резанию металлов взаимосвязь стойкости инструмента и производительности обработки определялась на основе рассмотрения только тепловых зависимостей без учета трибологии резания [74].

Нагрев до высоких температур инструмента и заготовки отрицательно влияет на точность и качество обработки, на экологическую обстановку в цехе, на работу систем ЧПУ станков. Поэтому в механообрабаты- вающих цехах применяют меры по снижению отрицательного влияния высоких температур при резании. К основным методам борьбы с высокими температурами относятся:

использование обильного охлаждения СОЖ;

применение систем приточно-вытяжной вентиляции и систем кондиционирования воздуха,

проведение наиболее вредных операций в специальных помещениях.