Распределение теплоты при механической обработке

Количество теплоты, поглощённое заготовкой, зависит от режима и особенностей обработки. Увеличение скорости резания и подачи спосо­бствует уменьшению, а увеличение глубины резания - увеличению коли­чества теплоты, переходящей в заготовку. Большее количество теплоты переходит в заготовку при растачивании горизонтально расположенных отверстий в металле с сыпучей стружкой; часть теплоты из стружки - в заготовку. Зная количество теплоты, переходящее в заготовку Q , Дж, удельную теплоёмкость С , Дж/кг·К и плотность ρ, кг/м³, ма­териала, а также объём заготовки V, м³, можно рассчитать среднюю температуру нагрева заготовки, К:

/(CρV),

и тепловое расширение (деформацию) заготовки в направлении интересующего нас линейного размера £ , мм ,

£=£,

где - коэффициент линейного расширения материала заготовки.

Величина и направление (или форма) деформаций во многом зависят от конструкции заготовки, от способа обработки поверхности, от при­меняемого инструмента и пр. Например, при точении сплошная цилинд­рическая заготовка нагревается медленно перемещающимся вдоль оси кольцевым источником тепла. Скорость перемещения источника тепла равна минутной подаче проходного резца.

В процессе обработки можно проследить три перехода распространения тепла и развития тепловых деформаций заготовки:

• первый определяется небольшим нагревом заготовки, так как слои металла перед резцом холодные;

• второй (установившийся) характерен тем, что тепловые деформации возрастают до определенного уровня и остаются постоянными на большей части длины заготовки;

• третий (завершающийся) характеризуется повышением температуры остающегося участка заготовки из-за отражения тепловой волны от ее торца (на границе раздела двух сред). Тепловые деформации на этом этапе возрастают. Температурное поле об­рабатываемой заготовки и схематическое изображение формы детали после ее ох­лаждения приведено на рис.62.

Температурные погрешности размеров и формы могут достигать заметной величины, соизмеримой с допуском на обработку по 7-8 квалитетам точности. Например, при обработке чугунной станины длиной 2000 мм и высотой 600 мм нагревание её с одной стороны (со стороны обработки) всего на 2,4°С вызвало прогиб по всей длине, равный 0,02 мм; непрямолинейность станины составила 0,01:1000. В меньшей степени разогреваются заготовки объемных, массивных дета­лей, а применение обильного охлаждения позволяет и вовсе устранить нагрев. Вэтих случаях температурные деформации незначительны, и их влияние на точность обработки можно не учитывать.