содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

ПОЧЕМУ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛА ВЫДЕЛЯЕТСЯ ТЕПЛОТА И КАК ОНА ВЛИЯЕТ НА РАБОТУ ИНСТРУМЕНТА

Кто видел работу токарных или других станков, тот знает, что стружка имеет иной цвет, чем металл, от которого она получена. В процессе резания она получает своеобразную окраску. При обработке стальных деталей образуется стружка светло-желтого, фиолетового, синего и других цветов.

Каковы причины этого явления и о чем говорит цвет стружки?

В процессе резания металла выделяется много теплоты. Наибольшую часть ее поглощает стружка, поэтому она нагревается до высокой температуры. Металл при нагреве окисляется. На чистой металлической поверхности образуются тонкие пленки окислов, приобретающие различный цвет в зависимости от температуры нагрева. По цвету стружки можно достаточно точно определить ее температуру. Так, например, она принимает светло-желтый цвет при 220°, темно-синий — при 290°, светлосерый — при 400° и т. д.

Почему в процессе резания выделяется теплота?

Когда в лабораториях, желая узнать прочность металла, разрывают образец на специальных машинах, он нагревается. При разрыве образец растягивается, то есть деформируется. В процессе деформации мельчайшие частицы металла перемещаются относительно друг друга. Между ними возникает трение, в результате которого и выделяется теплота.

Такое же явление наблюдается и при резании металла. Здесь срезаемый слой тоже деформируется, но не растягивается, а сжимается. Мельчайшие частицы металла в этом слое тоже перемещаются относительно друг друга. Между ними также возникает трение. Поэтому внутри стружки выделяется теплота, причем ее выделяется здесь много больше, чем при разрыве образца.

Кроме того, теплота образуется в результате трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о поверхность резания.
 

Таким образом, основными источниками выделения теплоты при резании металлов являются: деформация срезаемого слоя, трение стружки о переднюю поверхность и трение задней поверхности о поверхность резания. Больше всего теплоты дает деформация срезаемого слоя.

Количество теплоты, выделяющейся при резании, очень велико и зависит от режима работы. Например, если ширина срезаемого слоя 5 мм, а толщина 0,5 мм, то при обработке стали марки 10 резцом из твердого сплава Т15К6 обычно применяют скорость резания 200 м/мин. При этом в каждую минуту выделяется такое количество теплоты, которого было бы достаточно, чтобы нагреть до кипения четыре литра воды. С увеличением режимов резания теплоты выделяется еще больше.

Куда же расходуется такое громадное количество теплоты и какое влияние оказывает она на процесс резания металла?

Правильное представление об этом имеет очень большое значение для практики резания металлов.

Уже в начале XX века многие ученые знали, что без понимания тепловых явлений нельзя создать высокопроизводительного режущего инструмента и хорошо использовать станки.

Одним из таких ученых был мастер-механик Петербургского политехнического института Я. Г. Усачев. Он не имел инженерного образования, но стал ученым благодаря большой одаренности, пытливому уму, систематической работе над самообразованием и исключительной настойчивости в труде.

Усачевым установлено новое, важнейшее направление в науке о резании металлов. Он первый произвел глубокое исследование процесса образования теплоты при резании и обогатил нашу науку о резании металлов новыми открытиями.

Исследования Усачева показали, что основная масса теплоты выделяется в стружке, причем от 60 до 80 процентов ее в стружке и остается. Остальная теплота уходит в резец и изделие.

Чем выше скорость резания, тем инструмент и изделие поглощают меньшую часть выделяющейся теплоты. При высокой скорости резания теплота не успевает перейти от стружки в резец и изделие.

Та часть теплоты, которая уходит в инструмент, нагревает его режущую часть до высокой температуры. Под влиянием нагрева снижается твердость режущей части, возрастает скорость затупления инструмента. Другими словами — его стойкость резко уменьшается. Инструмент приходится часто перетачивать, что отражается на производительности станков. При этом нужно знать, что чем сильнее инструмент нагревается в процессе работы, тем быстрее он теряет свою твердость и тупится. Так теплота вредит процессу резания металла.

рис. 20. Подвод охлаждающей жидкости к месту резания.



С вредным влиянием теплоты на работу инструмента люди борются с давних времен. Одно из самых старых и распространенных средств борьбы — применение охлаждающих жидкостей (фиг. 20).

Охлаждающая жидкость поглотает большую часть выделяющейся теплоты, отчего температура инструмента резко понижается. -

Техническая мысль работала и продолжает работать над изобретением новых теплостойких инструментальных материалов, способных сохранять большую твердость при высоких температурах.

В начале XX века была изобретена новая, так называемая быстрорежущая сталь, которая способна сохранять высокую твердость при температуре до 600°. В конце двадцатых годов были открыты еще более теплостойкие инструментальные материалы, получившие название твердых сплавов. Они способны сохранять твердость при температуре до 1000°. Не так давно советские ученые изобрели новый, еще более теплостойкий минералокерамический материал ЦМ-332, выпускаемый в виде пластинок.

Однако, несмотря на высокую теплостойкость современных инструментальных материалов, теплота, выделяющаяся при резании металла, продолжает оставаться одной из главных причин, ограничивающих рост производительности режущих инструментов.