содержание   ..  9  10  11 

ТЕМПЕРАТУРА ИНСТРУМЕНТА ВО ВРЕМЯ РЕЗАНИЯ

Во время резания металла различные точки инструмента нагреваются до разной температуры. Сильно нагревается режущая часть, причем наиболее высокая температура наблюдается на передней или задней поверхностях, в точках а и б, на некотором расстоянии от режущей кромки (фиг. 21). Близ этих точек выделяется больше всего теплоты.

Температура инструмента в работе изменяется с изменением режима резания. С повышением режима количество теплоты, выделяющейся в единицу времени, например в минуту, естественно, растет. Одновременно повышается и температура инструмента.
 

Еще сравнительно недавно, лет сорок назад, измерение температуры резца в процессе резания считалось невозможным. Техника не имела необходимых приборов для этой цели.

Впервые измерил температуру резца в процессе резания Усачев Я. Г. Для этой цели он применил изобретенную им специальную термопару. Это изобретение Усачева сыграло огромную роль в дальнейшем развитии науки о резании металлов.

Исследуя процесс резания при различных режимах, Усачев доказал, что больше всего влияет на температуру инструмента скорость резания, меньше — толщина срезаемого слоя и еще меньше ширина. Так, с увеличением скорости резания в два раза температура резца повышается на 32 процента. С удвоением толщины срезаемого слоя она возрастает на 18 процентов, а с удвоением ширины поднимается только на 5 процентов. Это положение, выдвинутое Усачевым, стало исходным для определения наиболее производительных режимов резания и для создания хороших конструкций режущего инструмента. Оно доказывает, что с увеличением ширины срезаемого слоя за счет уменьшения его толщины температура инструмента понижается. Поэтому на режущих инструментах так называемый главный угол в плане делают меньше 90°.

Поясним это примерок. На фиг. 22 показаны два возможных случая срезания припуска на обработку. Площади сечения срезаемого слоя одинаковы. Во втором случае (фиг. 22,6) главный угол в плане ср равен 90°, поэтому сечение срезаемого слоя представляет собой прямоугольник, в первом (фиг. 22, а) —параллелограмм, так как угол ср меньше 90°. При главном угле в плане ф = 30° ширина срезаемого слоя в несколько раз больше, а следовательно, при той же площади толщина его меньше. Отсюда ясно, что, изменяя величину главного угла в плане, мы изменяем форму сечения срезаемого слоя. При уменьшении этого угла ширина срезаемого слоя увеличивается, а толщина, наоборот, уменьшается. Это приводит к понижению температуры режущей кромки инструмента, потому что ширина срезаемого слоя меньше влияет на температуру, чем его толщина, и стойкость инструмента резко повышается.

Почему же ширина срезаемого слоя значительно меньше влияет на температуру режущей кромки, чем его толщина, хотя количество выделяющейся теплоты при этом не уменьшается?

Температура режущей кромки зависит не только от количества выделяющейся теплоты, но и от того, насколько быстро она отводится от режущей кромки в тело инструмента. Чем больше отводится теплоты, тем ниже температура режущей кромки.

рис. 22. Для понижения температуры инструмента главный угол
в плане делают меньше 90°.

С увеличением же ширины срезаемого слоя отвод теплоты от режущей кромки намного усиливается, так как при этом увеличивается длина соприкосновения стружки с передней поверхностью (фиг. 22,а). А отвод теплоты от режущей кромки имеет очень большое значение для работы инструмента.

Опытные токари знают, что при одинаковых режимах резания резец меньшего сечения тупится быстрее, т. е. менее стоек, чем резец большого сечения. Происходит это потому, что чем больше тело инструмента, тем больше теплоты отводится от режущей кромки, и температура кромки снижается.

Это явление лучше всего заметно при работе спиральными сверлами. Например, при одинаковой скорости резания и подаче стойкость сверла диаметром 40 мм приблизительно в 3—4 раза больше стойкости сверла диаметром 20 мм.

Если стержень резца сделать не из стали, а из меди, то резец будет очень стойким. В этом случае теплота быстрее будет отводиться от режущей кромки в стержень резца, так как теплопроводность меди раз в пятнадцать выше теплопроводности стали.

В подтверждение этого вывода сошлемся на результаты одного опыта, показывающего, какое огромное влияние на температуру режущей кромки оказывает теплопроводность инструмента. Однажды в одинаковых условиях испытывались резцы сечением 20X20, причем поверхность одних резцов была покрыта слоем меди толщиной 0,1—0,3 мм, а в других осталась неомедненной. Вследствие сильной теплопроводности меди теплота, выделяющаяся при резании, очень быстро отводилась по медному покрытию от режущей части в стержень. Температура режущей кромки омедненных резцов оказалась значительно ниже температуры неомедненных.

Благодаря этому омедненные резцы имели стойкость в два-три раза выше, чем неомедненные.