Теплові процеси при обробці матеріалів різанням

Різання є одним із поширених методів обробки. Його значення останнім часом підвищується в зв'язку з застосуванням гнучких переналагоджуваних технологічних систем, для яких необхідна універсальність і висока адаптивність процесу різання. Тому теплофізичний аналіз, що має метою удосконалення конструкцій і збільшення стійкості різальних інструментів, оптимізацію режимів різання і поліпшення якості оброблених поверхонь, відіграє суттєву роль.

З погляду теплофізичного аналізу різноманітні операції при обробці різанням можна класифікувати за такими основними ознаками: а) вид інструмента (однолезовий, багатолезовий, чи зі стохастичним розташуванням крайок, що ріжуть,); б) режим різання (стабільний, нестабільний); в) наявність чи відсутність зовнішніх джерел додаткової енергії (нагрів лазером, плазмою, ультразвуком та ін.); г) наявність чи відсутність активного теплообміну з навколишнім середовищем); д) робота інструмента в комплекті з іншими інструментами чи самостійно.

Слід зазначити, що незалежно від того до якої із згаданих груп належить та чи інша конкретна технологічна операція, аналіз теплофізичної обстановки починають з розгляду теплообміну в зоні різання при роботі простим клином, що ріже, оскільки інструмент будь-якої форми і складності складається із системи простих таких клинів.

Сучасне уявлення про процес формозміни матеріалу клином, що ріже, може дати схема, представлена на рисунку 1.

Рисунок 1– Схема зони різання

1 – зрізаний клином тонкий шар матеріалу;

2 – зона деформацій;

3 – зона утворення стружки;

4 – стружка;

5 – ріжучий клин;

6 – зона вторинних деформацій при поверхневого шару матеріалу;

7 – наріст матеріалу поблизу ріжучої кромки клина

У зоні 3 матеріал заготівлі піддається пластичному деформуванню, що виникає не тільки в цій зоні, але й у тонкому шарі матеріалу заготовки 1, розташованому під задньою поверхнею клина, що ріже, 5. Зона 3 оточена областю 2, у якій виникають пружно пластичні і пружні деформації. Стружка 4 переміщується по передній поверхні різця. У прирізцевому шарі 6 її матеріал зазнає вторинного деформування внаслідок процесів, що відбуваються на площадці контакту з інструментом. На ділянці, розташованій поблизу ріжучої крайки, може виникати наріст 7, як результат застійних явищ у матеріалі заготівки в цій частині зони різання. Наявність чи відсутність наросту, його розміри, твердість і стійкість залежать у першу чергу від властивостей матеріалу заготівки й інструмента, геометрії клина, що ріже, режиму різання, наявності мастильно-охолоджувальної рідини та ін. Від цих факторів залежить так званий коефіцієнт укорочення стружки k, тобто відношення між товщиною а ₁ стружки і товщиною а шару матеріалу, що зрізується. Коефіцієнт укорочення визначає швидкість переміщення стружки V₁= . Як правило, k> > 1, отже швидкість руху стружки V₁ менша за швидкість різання V. Стружка має суглобисту форму, тобто складається з окремих елементів, сильніше чи слабкіше зв'язаних між собою. При високих швидкостях різання в обробці пластичних матеріалів товщина цих елементів невелика, вони тісно зв'язані один з одним. При цьому стружка має вигляд суцільної стрічки. Таку стружку часто називають зливальною і при схематизації теплообміну її представляють у вигляді нескінченного стержня.