Измерение температуры в зоне резания

Существует несколько методов измерения температуры в зоне резания.

Ка­лориметрический метод (рис.4.4) заключается в том, что стружка собирается в калориметре с водой. Зная количество воды в калориметре, вес стружки и ее те­плоемкость, можно определить среднюю температуру стружки по разности температуры воды в калориметре до, и после резания.

, (5.3)

где Qсм – температура смеси воды и стружки (температура воды в калориметре после резания); Qв– начальная температура воды; Gв – масса воды в калориметре; Gстр – масса стружки; Сстр – теплоемкость материала стружки.

Метод термопары. Метод измерения температуры с помощью термопар является наиболее удобным и более широко применяется в современных исследованиях.

Метод измерения естественной термопарой (рис.5.5) наиболее прост по осуществле­нию, но для получения абсолютных значений температур требует проведения очень трудоемкой операции градирования термопары "инструмент — обраба­тываемый материал".

Рис.5.4. Схема измерения температуры калориметрическим методом.

Рис.5.5 Схема измерения температуры в зоне резания методом естественной термопа­ры:1- обрабатываемая заготовка, 2- резец, 3-изоляция, 4-милливольтметр.

Метод двух рез­цов. Разновидностью метода естественной термопары является "метод двух рез­цов" (рис.5.6), который сводится к резанию одновременно двумя резцами, изго­товленными из разных материалов. Этот метод позволяет исключить мучитель­ный процесс градирования термопары для каждого вида обрабатываемого мате­риала; термопара градируется один раз, и полученная градуировочная кривая используется для всех обрабатываемых материалов.

Метод искусственной термопары. Искусственной называется термопара, у которой оба элемента искусственно вводятся в инструмент или заготовку для измерения температуры. Для измерения температуры, например, при токарной обработке (рис.5.7), в корпусе резца 1 сделано отверстие (рис.5.7а), в которое вставлена термопара 2 (рис.5.7б), подключенная к показывающему прибору 3. Спай термопары регистрирует температуру в режущем клине инструмента на некотором расстоянии от передней поверхности.

Рис.5.6. Схема измерения термопары методом «двух резцов»

Рис.5.7. Измерение температуры в зоне резания методом искусственной термопа­ры:а - схема измерения; б)- термопара

Метод бегущей термопары. Для наблюдения за изменением температуры контактных слоев стружки при перемещении ее по длине контакта может применяться "бегущая термопара".

39. Влияние геометрических характеристик инструмента на процесс стружкообразования (деформация, скорость стружкообразования, напряжения)

Углы токарного резца определяют положение элементов рабочей части относительно координатных плоскостей и друг друга. Эти углы называют углами резца в статике. Углы инструмента оказывают существенное влияние на процесс резания и качество обработки.

У токарного резца различают главные и вспомогательные углы, которые рассматривают, исходя из следующих условий: ось резца перпендикулярна к линии центров станка; вершина резца находится на линии центров станка; совершается главное движение резания.

Главный передний угол g измеряют в главной секущей плоскости между следом передней поверхности и следом плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания. Передний угол g оказывает большое влияние на процесс резания. С увеличением угла g уменьшается деформация срезаемого слоя, так как инструмент легче врезается в материал, снижаются сила резания и расход мощности. Одновременно улучшаются условия схода стружки, а качество обработанной поверхности заготовки повышается. Чрезмерное увеличение угла g приводит к снижению прочности главной режущей кромки, увеличению износа вследствие выкрашивания, ухудшению условий теплоотвода от режущей кромки.

При обработке деталей из хрупких и твердых материалов для повышения стойкости резца следует назначать меньшие значения угла g, иногда даже отрицательные. При обработке деталей из мягких и вязких материалов передний угол увеличивают.

Главный задний угол a измеряют в главной секущей плоскости между следом плоскости резания и следом главной задней поверхности. Наличие угла a уменьшает трение между главной задней поверхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, что уменьшает износ инструмента по главной задней поверхности.

Вспомогательный задний угол a1 измеряют во вспомогательной секущей плоскости между следом вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Наличие угла a1 уменьшает трение между вспомогательной задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью заготовки.

Главный угол в плане j – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи – оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности. С уменьшением угла j шероховатость обработанной поверхности снижается. Одновременно увеличивается активная рабочая длина главной режущей кромки. Сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины кромки, уменьшаются, что снижает износ инструмента. С уменьшением угла j возрастает сила резания, направленная перпендикулярно к оси заготовки и вызывающая ее повышенную деформацию. С уменьшением угла j возможно возникновение вибраций в процессе резания, снижающих качество обработанной поверхности.

Вспомогательный угол в плане j1 – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. С уменьшением угла j1 шероховатость обработанной поверхности снижается, увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ.

Угол наклона главной режущей кромки l измеряют в плоскости, проходящей через главную режущую кромку резца перпендикулярно к основной плоскости, между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. С увеличением угла l качество обработанной поверхности ухудшается.

Углы g, a, j и j1 могут изменяться вследствие погрешности установки резца Если при обтачивании цилиндрической поверхности вершину резца установить выше линии центров, то угол g увеличится, а угол a уменьшится, а при установке вершины резца ниже линии центров станка – наоборот. Если ось резца будет неперпендикулярна к линии центров станка, то это вызовет изменение углов j и j1.

В процессе резания углы g и a резца меняются. Это можно объяснить тем, что меняется положение плоскости резания в пространстве вследствие вращения заготовки и поступательного движения резца, так как фактической поверхностью резания, к которой касательна плоскость резания, будет винтовая поверхность. При работе с большими подачами, а также при нарезании резьбы изменение углов g и a будет существенным, что необходимо учитывать при изготовлении резцов. Углы g и a в процессе резания могут оказаться переменными, что имеет место при обработке сложных поверхностей типа кулачков, лопаток турбин и т. п.