В процессе резания металлов механическая энергия, затрачиваемая на работу резания, переходит в тепловую. В зоне резания возникает тепло за счет работы, затрачиваемой на пластические деформации Qд (рис. 11) и преодоление
Рис. 11. Распределение тепла (при резании) между стружкой, инструментом и заготовкой
трения по передней Qт.п и задней поверхностям резца Qт.з. Нагреваются заготовка, режущий инструмент и стружка. При значительной скорости температура в зоне резания достигает значительных величин. При работе на высоких скоростях при точении и фрезеровании можно наблюдать сходящую из-под резца или фрезы ярко-красную стружку, нагретую до 900 °С. На обработанной поверхности стальной детали появляются цвета побежалости, свидетельствующие о высокой температуре поверхностного слоя детали во время соприкосновения ее с задней поверхностью инструмента. Полученное тепло при точении распределяется следующим образом: уходит в стружку 50—80 % (Qдс+Qтп);в резец 40—10 % (Qп+Qз), в обрабатываемую деталь 9—3% (Qтз+Qд) и в окружающую среду около 1 %. При затуплении инструмента характер распределения тепла изменяется: резец и заготовка нагреваются в большей степени. Как в стружке, так в резце и в заготовке тепло распределяется неравномерно. В слоях стружки, ближе расположенных к передней поверхности резца, температура выше, чем в слоях, удаленных от нее (рис. 12). Температура обрабатываемой
Рис. 12. Распределение температур на передней поверхности резца (по Б. И. Костецкому)
заготовки понижается по мере удаления рассматриваемой точки от поверхности резания, а наибольшая температура находится в месте контакта резца с заготовкой. Температура инструмента также различна в различных точках. Самая высокая температура соответствует точке, лежащей в центре давления стружки на резец.
Температура резания. Под температурой резания понимается средняя температура на поверхности контакта инструмента со стружкой. На температуру резания Q влияют многие факторы: механические свойства обрабатываемого материала, размер площади срезаемого слоя и скорость резания:
где cq — коэффициент, характеризующий род и механические свойства обрабатываемого материала, геометрические параметры инструмента и свойства СОЖ; v — скорость резания, м/мин; т, п, q — коэффициенты степеней, причем m>n>q, т. е. на температуру резания большее влияние оказывает скорость, затем толщина срезаемого слоя а и наименьшее — ширина срезаемого слоя b.
Большое влияние на температуру резания оказывают механические свойства обрабатываемого металла. Чем выше предел прочности и твердость металла заготовки, тем большее сопротивление необходимо преодолеть при стружкообразовании, тем большую работу надо затратить на резание, тем больше выделится тепла и будет выше температура резания. При резании твердых материалов стружка соприкасается с передней плоскостью резца на меньшей площади, чем при резании мягких сталей. Это повышает давление на единицу поверхности контакта, а отвод тепла в тело резца и толщу стружки ухудшается, что приводит к повышению температуры в поверхностных слоях резца. Чем выше теплоемкость и теплопроводность обрабатываемого металла, тем лучше отвод тепла в стружку и в обрабатываемую заготовку и тем меньше температура на поверхности резца.
Большое влияние на температуру резания. оказывают геометрические элементы резца: угол резания, главный угол и радиус закругления при вершине резца. Отрицательный передний угол по сравнению с положительным вызывает большие деформации и приводит к большему выделению тепла. При работе с передним углом y =-10° температура резания повышается на 15° по сравнению с работой резцом, имеющим положительный угол у =+10°. При увеличении главного угла в плане уменьшается ширина стружки и длина активной части режущей кромки, что приводит к менее интенсивному отводу тепла в заготовку и в тело резца, теплота концентрируется на меньшей ширине среза около вершины резца, и температура резания повышается. Наиболее резкое увеличение температуры резания происходит в пределах =20—60 °.
Радиус закругления при вершине резца в плане оказывает влияние на общее тепловыделение и на его отвод. Увеличение радиуса закругления хотя и увеличивает тепловыделение, но и увеличивает длину активной части режущей кромки, объем головки резца улучшает отвод тепла в тело резца и в заготовку, что является преобладаю щим, и приводит к снижению температуры резания. Чем больше площадь поперечного сечения тела резца, тем интенсивнее отвод тепла от мест его образования в тело резца, тем меньше температура резания.