Особенности определения температур при фрезеровании

Основные особенности фрезерования заключаются в следующем:

- влияния прерывистости процесса фрезерования в условиях неустановившегося теплообмена на температуру лезвия фрезы;

- влияния переменности параметров среза на тепловые процессы при фрезеровании;

- влияния на температуру лезвия фрезы нагрева детали под воздействием участвующих в работе предшествующих лезвий многолезвийного инструмента.

Для исследования влияния переменности параметров среза на тепловые процессы при фрезеровании рассмотрим схему, приведенную на рис. 13.4.

Для торцевого фрезерования длительность цикла t_ц, длительность рабочего хода t_p, длительность холостого хода t_х и расстояние между зубьями l_z определяются следующим образом:

, (13.5)

где n – частота вращения; B – ширина фрезерования, D – диаметр фрезы, z – число зубьев.

Особенностью процесса торцевого фрезерования является переменность во времени толщины среза а(t), обуславливающая переменность во времени длины контакта стружки с передней поверхностью лезвия l(t) и стружки с поверхностью детали в зоне деформации l _д(t):

, (13.6)

, (13.7)

, (13.8)

где s_z – подача на зуб фрезы; φ - главный угол в плане; k - коэффициент продольной усадки стружки; g - передний угол лезвия; Φ – угол сдвига.

В результате переменными во времени являются плотности тепловыделения на передней поверхности лезвия q(t) и на поверхности детали q_д(t):

, (13.9)

, (13.10)

где V - скорость резания; P_Z0 = P_z – F_тр - разность тангенциальной силы резания и силы трения по задней поверхности лезвия; P_N0= P_y – F_тр - разность нормальной составляющей силы резания и силы трения по передней поверхности лезвия; b = t/sinφ - ширина среза: t - глубина резания; K_q – коэффициент, учитывающий долю теплоты деформации, поступающую в деталь: .

В случае симметричного фрезерования максимальное значение толщины среза имеет место в момент времени, равный середине рабочего хода t_p/2: a_max(t_p/2) = s_zsin φ, что определяет соответственно и максимальные значения l_max(t_p/2), l_{д max}(t_p/2), q(t_p/2) и q_д(t_p/2). На основании выполненного анализа средняя температура вершины лезвия фрезы может быть рассчитана следующим образом:

. (13.11)

Особенностью процесса фрезерования является влияние на температуру лезвия фрезы нагрева детали под воздействием участвующих в работе предшествующих зубьев многолезвийного инструмента.

Повышение температуры каждого лезвия фрезы вследствие нагрева детали предшествующим зубом определяется следующим образом:

, (13.12)

где l_z - расстояние между зубьями фрезы.

Коэффициент для расчета температуры вершины лезвия фрезы, учитывающий нагрев детали предшествующими зубьями К_д, исходя из условия равенства температур на вершине лезвия и контактирующей с ней точкой детали, может быть рассчитан следующим образом:

. (13.13)

Значения указанного коэффициента К_д в зависимости от соотношения l_z/l_д могут быть определены с использованием графика, пред-ставленного на рис. 13.5.

Графики изменения температуры Θ₂ вершины лезвия торцовой фрезы в сравнении с температурой Θ₁ при непрерывном резании приведены на рис. 13.6.

Пример расчета и построения графиков выполнен для фрезерования стали 45 торцовой фрезой, оснащенной твердым сплавом Т15К6 (коэффициент температуропроводности w_и = 0,100∙10^-4 м²/с), для условий обработки: ширина фрезерования B =180мм, диаметр фрезы D = 200мм, число зубьев z = 10, частота вращения n = 160об/мин, скорость резания V = 100м/мин, толщина среза а = 0,5мм, ширина среза b = 2мм, что обеспечивает длительность цикла t_ц = 0,37с, длительность рабочего хода t_p =0,13с, длительность холостого хода t_х = 0,24с и расстояние между зубьями l_z = 63мм; плотность тепловыделения q = 6·10⁷, коэффициент К_д = 1,064 для l_z/l_д = 61; x = 0,133с; безразмерную среднюю температуру Т_{ср вер} = 2,75.

На основании выполненных расчетов установлено, что для заданных условий средняя температура вершины лезвия при установившемся режиме торцевого фрезерования составляет Θ_{ср вер} = 513^оС, а ее минимальное и максимальное значения равны соответственно Θ_{min вер} = 483^оС и Θ_{max вер} = 532^оС, что значительно ниже температуры при непрерывном резании Θ₁. Для аналогичных условий при непрерывном резании в условиях установившегося теплообмена (F_о > 100) достигается уровень безразмерной температуры Т_вер = 3,17,температуры вершины лезвия Θ_вер = 592^оС.

АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ

Лекция 14.Определение тепловых потоков и температур при шлифовании

1. Схематизация процесса плоского шлифования

2. Определение плотности тепловых потоков и температур в детали