Физические основы технологических процессов презентация

Введение

Изучение физических основ технологических процессов
и способов производства и обработки важно для более
глубокого понимания изучаемых процессов и технологий.

По особенностям формообразования различают литейные технологии, основанные на изменении агрегатного состояния, технологии обработки материалов давлением , резанием , сварочные технологии и др.

Абсолютная температура, при которой отдых и рекристаллизация происходят более интенсивно, чем искажение кристаллической решетки и упрочнение пропорциональна абсолютной температуре плавления

Для металлов обычной технической чистоты

Отношение абсолютной температуры к абсолютной температуре плавления называют гомологической температурой

Горячей называют деформацию при температуре, равной или выше температуры рекристаллизации. при горячей деформации при постоянной температуре и постоянной скорости деформации имеют вид прямой, параллельной оси деформации

для стали , имеющей температуру плавления 1800 К, идеальная пластичность может быть при температуре около 700 - 900 К
(400 - 600 град. Цельсия)

Схема к определению удельных касательных сил при резании

Холодной называют деформацию при температуре ниже температуры
рекристаллизации.

Влияние температуры при резании

Коэффициент динамичности

Влияние скорости деформации при резании

обобщенное определяющее уравнение :

(1)

Удельные силы на задней поверхности

касательные напряжения на поверхности режущего клина

Радиальные (сжимающие) напряжения

Радиальные (сжимающие) напряжения

минимальные или допускаемые
касательные напряжения.
Т.о. критерий затупления -
ширину фаски износа h*
следует назначать с учетом
уровня касательных напряжений

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве неравномерно нагретых объемов среды. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.
Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами.

Передача теплоты теплопроводностью связана с наличием разности температур тела. 

1.1.Виды теплообмена. Температурное поле. Градиент температуры.

Л.3.

 Если температура тела не изменяется с течением времени, то температурное поле называется стационарным. 

- нестационарное объемное температурное поле

Температурное поле может быть также плоским или одномерным

Точки тела с одинаковой температурой образуют изотермическую поверхность (для объемного температурного поля) или изотермическую линию (изотерму) (для двухмерного температурного поля .

Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону
возрастания температуры, модуль которого равен производной температуры
по этому направлению, называется градиентом температурного поля.

для одномерного температурного поля T(x,τ)

Для двухмерного нестационарного температурного поля

а для трехмерного поля:

Количество тепла, поступившее через изотермическую поверхность площадью F за единицу времени, называют тепловым потоком Ф:

Тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхности, называют плотностью теплового потока

1.2. Основные законы теплопроводности (Фурье) и теплоотдачи.(Ньютона – Рихмана)

Q = α · (Тп  - Тс )·F ,

или

q = α · (Тп  - Тс ) ,

где: коэффициент теплоотдачи α [Вт/(м2К)], характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.

1.3. Теплофизические характеристики материалов

коэффициент пропорциональности плотности теплового потока градиенту
температуры, называется коэффициентом теплопроводности.

Размерность коэффициента теплопроводности определяется отношением размерностей плотности теплового потока и градиента температуры:

ватт на метр-кельвин (Вт/(м К)).

Уде́льная теплоёмкость —
отношение теплоемкости 
к массе 

Объемная теплоемкость  — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице объема вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры.

Теплоёмкость 

Единица измерения теплоёмкости в  —Дж/К.

Здесь линейная часть приращения плотности теплового потока :

С учетом основного закона теплопроводности приращение количества тепла равно:

Приравнивая , получим:

Уравнение теплопроводности для трехмерного нестационарного температурного поля

Коэффициент температу-
ропроводности

Начальное условие задает распределение температуры внутри тела
(для одномерного поля - в стержне) в начальный момент времени:

где f(x) - известная функция.

Важным частным случаем является равномерное распределение температуры
в начальный момент времени:

Граничные условия задают различными способами:

Граничные условия первого рода задают в виде распределения температуры
на поверхности тела (на торце стержня) в любой момент времени :

Важным частным случаем является задание постоянной температуры:

и, в частности, - постоянную во времени плотность теплового потока :

граничные условия третьего рода характеризуют конвективный теплообмен между поверхностью тела и движущейся окружающей средой при постоянном потоке тепла

Плотность теплового потока qn, уносящегося средой, считают пропорциональной разности температур поверхности тела и среды:

qn =α(Tп - T с ), где α - коэффициент теплообмена, Вт/(м2К):

При этом условия теплообмена на поверхности:

граничные условия четвертого рода для двух твердых тел в контакте

=5 К/м, ω=0,000008

1.6. Температура от точечного мгновенного источника тепла для трехмерного, двухмерного и одномерного нестационарных полей

2. функция G(x,ξ ,τ) имеет максимум в точке x=ξ,

3. количество тепла Q в любой момент времени остается неизменным

Свойства функции точечного источника:

4. Величина

представляет собой площадь,

ограниченную функцией θ(x,τ) и осью x.

5. Функция G(x, ξ, τ) интерпретируется как частное решение для распределения температуры в неограниченном однородном и изотропном стержне от мгновенного точечного источника теплоты

Температурное поле от точечного источника на плоскости
описывается функцией :

С учетом теплоотдачи граничных плоскостей:

где

площадь под графиком распределения
температуры на элементарном участке dξ
равна отношению теплосодержания ΔQ
к удельной объемной теплоемкости

Приращение температуры dθ на этом интервале представим в виде:

а начальные условия, заданные известной функцией

в виде:

С помощью линейной суперпозиции решений для точечного источника можно сконструировать частное решение уравнения теплопроводности для граничных условий первого рода.

Из этого следует, что функция

удовлетворяет начальному условию:

Поставленная задача математически формулируется следующим образом:

При этом при x=0 температуры

, т.е. граничное условие на поверхности выполняется

При постоянной начальной температуре полуограниченного стержня

Решение можно упростить, подставив в первую часть подынтегральной функции

а во вторую:

Практически

Если торец стержня поддерживается не при нулевой температуре, а при постоянной температуре , то решение получим с помощью замены переменной

Зависимость плотности теплового потока на торце стержня от времени поддержания на торце температуры 1000 °С при

Коэффициент
аккумуляции тепла,

Зависимость теплоты, отведенной в стержень поперечного сечения

при

и

1.10. Тепловой поток и количество теплоты поступившей в стержень при нагреве (или отведенное при охлаждении)

эта задача (рис.) может быть сведена к задаче об одномерном нестационарном температурном поле при граничных условиях первого рода

Зависимость температуры в точке действия точечного источника (а), схемы действия точечного источника для полуограниченного стержня (б) и для неограниченного стержня (в)

Воспользовавшись известным решением

Из (1) , в частности, следует, что на торце стержня, т.е. при x=0 температура описывается простой формулой

(1)

Для полуограниченного стержня плотность теплового потока необходимо удвоить

Для расчета температуры после прекращения действия источника продлим источник тепла и добавим сток той же плотности теплового потока

Схема замены убывающей зависимости плотности теплового потока от времени суперпозицией источника и стоков

. . . . . . . . . . . . . . . .

Элементарный объем стержня Fdx, нагретый до температуры
T, отдает за время dτ через боковую поверхность pdx (где p-
периметр) в окружающую среду с нулевой температурой
количество тепла dQ = αTp dx dτ.
С учетом теплоотдачи уравнение теплового баланса
элементарного объема Fdx примет вид:

Или:

Соответственно, для пластины толщиной δ:

при τ= 0 T=T0

Следовательно:

или

в начальный момент времени приведены в соприкосновение, причем начало координат находится в месте соприкосновения

Для движущихся источников тепла координату источника задают в виде функции:

отрезок времени действия источника разбивают на элементарные интервалы

и считают, что в каждом из этих интервалов в точке с абсциссой

вспыхнул точечный мгновенный источник тепла

Изменение температуры в какой-либо точке может быть представлено суммой изменений температуры при распространении тепла от отдельных элементарных воздействий источника с учетом времени и места их приложения

Подстановкой

выразим интеграл через функцию интеграла вероятности

2.2. Непрерывно действующий точечный источник в неограниченном теле

Тогда

и

Т.е., в предельном состоянии температуры тела более не меняются.Такое состояние процесса распространения тепла называется стационарным: тепло, вводимое источником, распространяется в неограниченном теле, не изменяя его температуры

В момент времени

в точке О` находится
точечный источник,
действовавший

вызовет к моменту времени τ

приращение температуры

Температуру найдем, интегрируя :

(Чтобы учесть полупространство, мощность удваиваем)

Здесь

- длительность процесса распространения тепла элементарного источника, введенного в точке

С течением времени область повышенных температур достигает предельных размеров и только перемещается с источником. Такое состояние процесса называется предельным или установившимся, а температурное поле – квазистационарным.

(1)

(2)

После преобразований с учетом (2) уравнение предельного состояния процесса распространения тепла точечного источника постоянной мощности, движущегося с постоянной скоростью по поверхности полубесконечного тела принимает вид [Н.Н.Рыкалин]:

2.4. Уравнение предельного состояния процесса распространения тепла точечного источника постоянной мощности, движущегося с постоянной скоростью по поверхности полубесконечного тела

При длительном нагреве полуограниченного тела непрерывно действующим источником теплоты процесс распространения тепла стремится к предельному состоянию. При этом решение для температуры в полубесконечном теле от неподвижного источника теплоты постоянной мощности q получим из ( ) при v=0

Т.е. температура в полуограниченном теле пропорциональна мощности источника q и обратно пропорциональна коэффициенту теплопроводности λ . При постоянных мощности и коэффициенте теплопроводности температура обратно пропорциональна расстоянию R от неподвижного источника теплоты. При этом изотермические поверхности представляют собой полусферы, а зависимости температуры от радиуса R – гиперболы.

Неподвижный точечный источник на поверхности полубесконечного тела . Температура при коротком замыкании или точечной сварке.

Для неподвижного точечного источника (при v=0):

Согласно формуле

Для x<0, т.е. при x=-R , получим:

Для x>0, т.е. при x=R из уравнения следует :

Т.е. , с увеличением скорости температура убывает
быстрее

Т.е. в боковом направлении температура убывает медленнее,
чем перед источником в направлении его движения, но
быстрее, чем за источником.

1- сварочная ванна, 2 – изотермы, 3 – столбчатые кристаллиты.

В неподвижной системе
координат

температурное поле имеет вид:

Граничные плоскости пластины

отдают тепло в окружающую
среду с нулевой температурой
при коэффициенте теплоотдачи

Для предельного состояния подстановкой

и обозначением

получим:

Бесселева функция от мнимого аргумента второго рода нулевого порядка

- аргумент функции

- коэффициент, учитывающий понижение
температуры пластины в окружающую среду в 1/с

α- коэффициент теплоотдачи

1 кВт

Для неподвижного источника уравнение при v=0 примет вид

Зависимость температуры от непрерывно действующего источника
в стальном полуограниченном теле и в стальной пластине, q=330 Вт.

В предельном случае v→∞ тепло источника распределено равномерно по оси перемещения и будет распространяться только перпендикулярно этой оси

Для неподвижного точечного (линейного) мгновенного источника температура описывалась уравнением:

Так как тепло распространяется в направлении оси OY, заменим x на

С учетом множителя

,учитывающего теплоотдачу

поверхности пластины, где

Уравнение процесса распространения тепла в пластине от быстродвижущегося линейного источника будет:

Схема к расчету температуры в полуплоскости от быстродвижущегося равномерно распределенного источника тепла

Для условий резания (f=1 мм,

время нагрева стержня
τ=0,001 с

)

все тепло от источника поступает только в стержень (в стружку)

Глубина проникновения тепла

при X>3

U(X,Y) < 0,02

Воспользовавшись формулой

вычислим угол

время τ″ выравнивания тепла:

τ′ -время после начала нагрева

Приращение температуры

Температура в точке x0 в момент времени τ

Зависимости температуры стержня от расстояния от движущегося источника тепла с плотностью теплового потока

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ЛИТЬЕ,
ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ И СВАРКЕ

Количество теплоты, которое необходимо отвести для остывания расплава
до температуры плавления равно:

Зависимость отводимого количества теплоты от времени :

Приравнивая два выражения для количества теплоты ,
найдем время остывания до начала кристаллизации:

, литейный сплав – сталь:

при толщине стенки
отливки 10 мм,
формовочная смесь
– сырая с добавлением
опилок:

литейный сплав
– сталь:

Продолжительность выдержки в форме определяется толщиной стенки отливки, свойствами залитого сплава и литейной формы, температурой выбивки.

Закономерности остывания стальной (а) и алюминиевой (б) отливок пластин размерами 100*100*10 мм

. Схематизация отвода тепла в литейную песчаную форму: 1, 2 - верхняя и нижняя половины литейной формы, 3 - стержень, 4 – полость (рабочая часть), 5,6 –верхняя и нижняя опоки.

Теплофизические характеристики формовочной смеси снижаются при
добавлении опилок.

Влияние теплофизических характеристик смеси

время остывания при переходе от песчаной формы
к кокилю сокращается более, чем в 600 раз

Схема процесса изготовления отливок на машинах
с горизонтальной холодной камерой прессования

с нагретой до температуры

заготовкой тепло из заготовки интенсивно поступает в валок

- температура на поверхности контакта валка с заготовкой

- плотность теплового потока на торце стержня

При

средняя плотность теплового потока на участке контакта валка с заготовкой равна:

При b=2,3 м площадь контакта валка с заготовкой:

тепловой поток Ф, поступающий в валок:

Время прокатки заготовки при скорости v=1 м/с:

Количество тепла Q1

в каждый из двух валков при прокате одной заготовки массой 50 тн поступит примерно по 7 МДж теплоты

в конце первого оборота температура поверхности валка снизится с 500 до до 73,5 °С

Это вызовет дополнительное повышение контактной температуры примерно на 37 °С.

Колебания контактной температуры в рассматриваемом примере происходят с амплитудой около 400 °С и с частотой около 0,6 Гц.

Примерное изменение начальной температуры валка и контактной температуры с ростом числа оборотов валка при прокате одной заготовки

после проката заготовки и нескольких следующих друг за другом оборотов валка в контакте с заготовкой необходимо делать небольшой перерыв для выравнивания температуры.

Зависимость контактной температуры от числа прокатанных заготовок

С ростом количества прокатанных заготовок суммарное увеличение температуры валка, вызванное тепловыми потоками от нагретых заготовок, существенно увеличивается

При соприкосновении штампа с нагретой заготовкой контактная температура равна полусумме температур заготовки и штампа:

Схема к определению контактной температуры и тепловых потоков в штамп при горячей штамповке

штамповых сталей умеренной теплостойкости при температуре 600 -700 °С составляет около 350-250 МПа при достаточно высокой ударной вязкости

800 кДж/м2

Средняя температура поверхностного слоя толщиной около 1 мм ниже, чем контактная температура (порядка 300 – 500 °С)

На электрод и заготовку подается напряжение, между ними зажигается устойчивый разряд электрического тока – электрическая дуга, обеспечивающая плавление электрода и заполнение сварного шва.

Количество тепла, необходимое для нагрева этого объема металла
до температуры плавления:

Количество тепла, необходимое для плавления этого объема металла

Время сварки τ

тепловой поток Фпл, необходимый для плавления металла:

1. Тепловой поток Фпл, необходимый для плавления металла

Количество теплоты :

Тепловой поток в электрод:

3. Тепловой поток, поступающий в деталь

длина источника тепла :

3.8. Тепловые балансы при различных термических способах сварки

1 – присадочный пруток, 2- сопло, 3 – токопроводящий мундштук, 4 – корпус горелки, 5-неплавящийся вольфрамовый электрод, 6 – рукоять горелки, 7- атмосфера защитного газа, 8 – сварочная дуга, 9 –ванна расплавленного металла.

соотношение скоростей перемещения и подачи электрода

Напряжение U=10 В, ток I= 400 А, η=0,6, N=2,4 кВт.

(Основная мощность –
в деталь)

1 – дуга,
2 –вольфрамовый
электрод,
3 – керамическая
прокладка,
4 - корпус горелки,
5 – сопло,
6 – плазменная струя,
7 - заготовка

почти вся мощность отводится в виде теплового потока в деталь (из-за градиентов)

Соотношения между скоростями подачи электродной проволоки (диаметром 3 мм пучком из 3 шт.) и перемещения ползунов

Схема контактной стыковой сварки

Электрическое напряжение подается на зажимы 2 и 3 через сварочный трансформатор 5.

Подвижная плита 4 перемещается в направлении неподвижной плиты 1 до осуществления контакта заготовок 6 и 7 и сжимает заготовки с усилием Р

при трех импульсах тока:

Мощность в 2,2 раз больше, чем при одном импульсе

Конденсаторная сварка осуществляется за счет энергии,
накопленной в батарее конденсаторов при
их зарядке от источника постоянного тока:

время разрядки конденсаторной батареи очень мало и измеряется тысячными или десятитысячными долями секунды

Зависимость количества тепла от времени действия источника, необходимого для нагрева торцов стальной проволоки диаметром 0,2 мм до температуры плавления

Сварка трением осуществляется за счет адгезии (схватывания) контактируемых поверхностей

Схема распределения температуры по торцу заготовки при сварке трением

При постоянном радиусе температура рассчитывается по формулам:

Сила Р определится по формуле:


где μ - коэффициент трения, v – скорость трения (в средней части заготовки или на ее периферии, P – осевая сила сдавливания заготовок.

Схемы контактной точечной сварки:
а) двусторонней,
б) односторонней

3.12. Температура при электрической контактной точечной сварке

В некоторой окрестности точки, в которой действует точечный источник тепла, температура превышает температуру плавления и излишнее тепло идет не на повышение температуры, а на расплавление металла

1) - при меньшей мощности источника осуществлять прогрев и расплавление металла, ориентируясь на предельное температурное состояние.

2) -при большей мощности сварку производить, на более жестком режиме, но отключать подачу тока, не доводя температуры до предельных значений.

При

Для полупространства мощность удваиваем

1- заготовки, 2 – электроды, 3 – медная подкладка

Температура от неподвижного
точечного источника на поверхности пластины:

4. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕПЛОФИЗИКИ РЕЗАНИЯ

Вся работа, затрачиваемая при резании на деформацию и трение, превращается в теплоту.
Это было доказано еще в начале двадцатого века (в 1905 г) опытами Н.Н.Савина.
Он сверлил деталь, помещенную в калориметр, измеряя крутящий момент (и мощность резания) с помощью динамометра и количество образованной при сверлении теплоты с помощью калориметра. Работа резания, измеренная с помощью динамометра, оказалась эквивалентной теплоте, измеренной калориметром.

4.1.Схематизация теплообмена в зоне резания

Наибольшее количество теплоты при резании образуется в зоне стружкообразования. Эта теплота равномерно выделяется внутри материала, почти вся уносится нагретым материалом в стружку.
В результате повышения теплосодержания (энтальпии) и с учетом удельной объемной теплоемкости обрабатываемого материала стружка равномерно прогревается до температуры деформации θд.

При этом используются сведения об угле наклона зоны стружкообразования (или усадке стружки), а также эмпирические или теоретические сведения об удельных касательных силах в зоне стружкообразования

Для анализа соотношения тепловых потоков стружку и в режущее лезвие будем считать температуру на передней поверхности равномерно распределенной и известной.

Плотность теплового потока, поступающего в стержень через его торец при постоянной температуре торца , обратно пропорциональна времени нагрева

Отношение плотностей тепловых потоков, поступающих в резец и в стружку:

Зависимость отношения тепловых оттоков в резец и в стружку от времени резания при

Принимая для типичных условий обработки сталей твердосплавными инструментами =1,  v = 1 м/с, l = 1 мм, τ = 10 с, находим, что

. Схема торцового фрезерования:
а) – в основной плоскости,
б) – в рабочей плоскости, в) - в плоскости стружкообразования

Или поправочный коэффициент Ки=0,82

Схема к расчету теплового потока от условной плоскости сдвига в обрабатываемую заготовку

источник тепла плотностью

движется в направлении оси х, перпендикулярном условной плоскости сдвига со скоростью

Пи этом формула для установившейся температуры стержня от движущегося источника:

После обработки лопаточным резцом деталь помещают в ядро калориметра.

Работа сил на задних поверхностях может быть определена измерением количества тепла,
поступившего в деталь.

Тепловой поток Ф, поступивший в деталь, определяется по теплосодержанию детали Q и времени резания τр:

Типичные кривые измерения температуры ядра калориметра при помещении в него детали после опыта (а) и при охлаждении (б)

Температурная поправка Δθ в ряде случаев может достигать 10 - 15 % от θ1 - θ0 и поэтому для повышения точности калориметрических измерений ее необходимо обязательно учитывать. Это особенно важно при проведении нескольких, следующих друг за другом измерений.

Экспериментально в течение 8-10 часов определяется кривая охлаждения ядра ″θ0* −τ″ (рис. … б), кривая аппроксимируется экспоненциальной функцией вида :

Снижение температуры Δθ за время Δτ (см. рис. ):

Если время опыта не менее 0.5 с, погрешностями теплообмена можно пренебречь

. Влияние скорости резания на тепловые потоки в деталь при точении стали 45: МПа, резец - Т15К6, а=0,35 мм, b=1 мм, 1- h=0,1 мм, 2 - h=0,2 мм, 3 - h = 0,35 мм

Зависимости теплового потока Ф от высоты застойной зоны при точении с толщиной среза a=0,35 мм :а) - сталь 45, резец Т15К6, v: 1 - 50 м/мин, 2 - 100 м/мин, 3 - 200 м/мин, б) - ХН67МВТЮ-ВД, резец ВК8,: 1 - 2,0 м/мин, 2 - 5,0 м/мин, 3 - 10 м/мин, 4 - 20 м/мин

Зависимости теплового потока Ф от ширины фаски износа при точении с толщиной среза a=0,35 мм :а) - сталь 45, резец Т15К6, v: 1 - 50 м/мин, 2 - 100 м/мин, 3 - 200 м/мин, б) - ХН67МВТЮ-ВД, резец ВК8, v : 1 - 2,0 м/мин, 2 - 5.0 м/мин, 3 - 10 м/мин, 4 - 20 м/мин

или в безразмерном виде:

Зависимости плотности теплового потока q от высоты застойной зоны при точении с толщиной среза a=0,35 мм: а) - Сталь 45, резец Т15К6, v: 50 - 200 м/мин, б) - ХН67МВТЮ-ВД, резец ВК8, v: 1 - 5,0 м/мин, 2 - 10 м/мин, 3 - 20 м/мин

Ранее было широко распространено предположение о равномерном распределении удельных касательных сил (и плотностей тепловых потоков) по ширине фаски износа резца с обрабатываемой заготовкой, и на участке пластического контакта стружки с резцом

Схема к расчету температуры в полуплоскости,
быстродвижущейся относительно равномерно распределенного
источника тепла постоянной плотности теплового потока

при точении отожженных сталей, имеющих относительно невысокую твердость:

значения плотности теплового потока q

Равномерно распределенный по длине участка пластического контакта (0, 1) источник теплоты продлим на участок упругого контакта (1, 2) и аппроксимируем линейно убывающий источник тепла равномерно распределенными источником и стоками

При этом :

или

Точение стали 45 HB=1800 МПа, δ=0,2 , m=0,15, резцом Т5К10 γ=10°, ϕ=70°, со скоростью резания v= 65 м/мин, глубиной t=5 мм, подачей s=0,4 мм/об.

Схема тепловых потоков на задних поверхностях застойной зоны и фаски износа

Для резца без упрочняющей фаски длина участка застойной зоны по данным [ Н.Н.Зорев ] при рациональных режимах резания (порядка 800 – 900 °С) высота застойной зоны приблизительно равна 0,3a.

что безразмерная плотность теплового потока определяется соотношением:

Зависимость температуры режущей кромки от толщины срезаемого слоя при точении стали HB=1800 МПа, δ=0,2 , m=0,15, резцом Т5К10 γ=10°, ϕ=70°, , со скоростью резания v= 65 м/мин (кривая 1) и v=130 м/мин (кривая 2) , глубиной t=5 мм, подачей s=0,4 мм/об.

Распределение температуры по фаске износа задней поверхности при точении стали HB=1800 МПа, δ=0,2 , m=0,15, резцом Т5К10 γ=10°, ϕ=70°, со скоростью резания v= 65 м/мин , глубиной t=5 мм, подачей s=0,4 мм/об.

Большие расхождения в расчетных температурах с учетом и без учета источника теплоты на участке застойной зоны имеют место вблизи режущей кромки, т.е. для «острого» резца

Схема зон пластических, упругопластических и упругих деформаций в плоскости стружкообразования при резании

Резание стали с наростом на режущем лезвии при невысоких температурах

Распределение расчетной температуры по укороченной передней поверхности при точении стали 60 резцом Т5К10 , γ=10°, ϕ=70°, s=1,2 мм/об, t= 10 мм, при ζ=2 с учетом влияния температуры на удельные касательные силы при скорости резания v=60 м/мин (Ре=140).

В зонах Б и Г (рис….) деформации более однородны (более равномерно распределены), вследствие чего влияние скорости деформации будет несколько более высоким:

Максимальных значений пределы текучести в зоне А стружкообразования и в зонах Б и Г достигают в стационарных точках

Зависимость отношения предела текучести на сдвиг к действительному пределу прочности при точении стали 45

После достижения стабилизации предела текучести, т.е. при часть деформации локализуется в узкой области вблизи конечной границы зоны стружкообразования

При увеличении деформации температура деформации возрастает, а интенсивность упрочнения деформируемого материала уменьшается.
Стабилизации зависимости предела текучести от деформации способствуют уменьшение показателя деформационного упрочнения m , повышение прочности материала (A1) .
При достижении максимума предела текучести деформируемый материал не упрочняется с ростом деформации, т.е. обладает свойствами идеально пластического тела.

Локализация деформаций в узкой области приводит к стабилизации предела текучести на более низком уровне, что приводит к уменьшению удельной работы деформации

, то локализация деформаций начинается уже при

Удельная работа с учетом локализации будет:

Схема зон пластических, упруго-пластических и упругих деформаций в плоскости стружкообразования при резании

Схема зоны деформации и сил резания в плоскости стружкообразования

Распределение расчетной температуры по укороченной передней
поверхности при точении стали 60 резцом Т5К10

Расчетная температура для условий точения закаленной стали 60 после отпуска до твердости HB=2800 МПа с подачей s=1,2 мм/об, с глубиной резания t=10 мм

Ошибки расчета связаны, главным образом, с завышенной оценкой отношения предела текучести к действительному пределу прочности q F /Sb.
С повышением температуры это отношение должно снижаться .
При этом вследствие разупрочнения материала температура на участке пластического контакта будет увеличиваться значительно медленнее, т.е. ее рост почти стабилизируется

В зонах Б и Г (рис….) деформации более однородны (более равномерно распределены), вследствие чего влияние скорости деформации будет несколько более высоким:

Максимальных значений пределы текучести в зоне А стружкообразования и в зонах Б и Г достигают в стационарных точках

Зависимость отношения предела текучести на сдвиг к действительному пределу прочности при точении стали 45

Локализация деформаций в узкой области приводит к стабилизации предела текучести на более низком уровне, что приводит к уменьшению удельной работы деформации

Т. о. вследствие перехода к изотермическим условиям деформации произошло разупрочнение деформируемого материала, выразившееся в уменьшении отношения удельных касательных сил к действительному пределу прочности в рассмотренном примере примерно на 10%.

эмпирические соотношения (5.1) справедливы только для относительно узкого конкретного диапазона условий резания

5.1.

зависимость предела текучести от координаты y будет иметь интервалы
возрастания и убывания

, 

Определяющее уравнение для интервала разупрочнения обрабатываемого материала на передней поверхности представим в виде:

эмпирический показатель степени отражает и непосредственное разупрочняющее влияние температуры и косвенное упрочняющее влияние температуры через скорость деформации

плотность теплового потока при температуре деформации равна максимальному пределу текучести , а при стремлении температуры к температуре плавления стремится к нулю:

Показатель степени B q j,обычно находится в пределах от 1 до 1,5 и должен быть уточнен по имеющимся экспериментальным данным о температуре или об удельных касательных силах.

Прочие условия те же .

1- без учета застойной зоны, 2 – с учетом застойной зоны

При расчете температуры на задней поверхности режущего лезвия в начале застойной зоны Г задается максимальное значение плотности теплового потока

При увеличении температуры до 1250 °С при резании сталей плотность тепловых потоков снижается до 0,2 -0,4

, V=25 м/мин

V=250 м/мин

токосъемник

(предложен Е. Гербертом и К. Готвейном)

температура резания,

Сопоставление экспериментальных и расчетных температур резания

Температурное поле в резце при точении низкоуглеродистой стали с подачей 0,5 мм/об и скоростью 91 м/мин после 30 с резания

при температуре, превышающей 600 °С, быстрорежущая сталь «переотпускается». После резания в течение 10 – 30 с под влиянием нагрева микротвердость быстрорежущей стали уменьшается и структура стали претерпевает превращения, которые можно проследить с помощью металлографического или электронного микроскопов