Относительный износ (мкм/км) резцов при чистовом точении

где Q — количество теплоты; R — работа реза­ния (R = P_zv); v — скорость резания; Е — меха­нический эквивалент теплоты.

Распределение теплоты резания между стружкой, деталью, инструментом зависит от метода, условий обработки, материала обра­батываемой детали и инструмента. Так, при обработке точением материалов с высокой те­плопроводностью (углеродистые стали) рас­пределение теплоты таково: в стружку 60 — 90%; в инструмент 3 — 5%. При такой же обработке материалов с низкой теплопровод­ностью (жаропрочные, титановые сплавы) 35 — 45% всей теплоты резания переносится в деталь, 20 — 40 % — в резец.

Наибольшее количество теплоты переходит в деталь при шлифовании (до 60 — 85 %) и свер­лении (до 60%).

Для обработки деталей на станках характе­рен одновременный перенос теплоты тепло­проводностью, конвекцией и излучением (сложный теплообмен). Изучение сложного те­плообмена встречает известные трудности, ко­торые на практике до сих пор удовлетвори­тельно не решены. При исследовании устана­вливают температурное поле (совокупность значений температуры 0 в данный момент времени т для всех точек изучаемого про­
странства) 0 =/(х, у, z, т), где х, у, z — коорди­наты точки. Температурное поле является случайным для данного станка. Если темпера­тура тела есть функция координат и времени, то температурное поле, будет нестационарным,

/ае \

т. е. зависящим, от времени — Ф 0. Такое

V дт)

поле соответствует неустановившемуся тепло­вому режиму теплопроводности, характерному для детали и станка в начальный период ра­боты. Однако через некоторый промежуток времени происходит стабилизация теплообме­на — температура точек станка есть функция только координат точек и не изменяется с те- /50 \

чением времени —- = 0; температурное по-

\дт J

ле станка будет стационарным.

Средние значения деформаций, связанных со стационарными процессами, могут быть уч­тены при построении процесса и тем самым будет повышена точность обработки.

Расчет температурных полей сложных объектов обычно упрощают. Разработана при­ближенная методика определения темпера­турных деформаций деталей станков. Однако надежные данные по температурным полям, деформациям станков можно получить при экспериментальном исследовании. Только в простейших случаях, например при равно­мерном нагреве простой детали, можно вычис­лить изменение размера детали: AL=aLA0_fl, где L— размер детали; a — коэффициент ли­нейного расширения материала детали; А0_Д - изменение температуры детали. Так, при шлифовании деталей с охлаждением 0_Д = = (0_Ж + 1,5) + 1, где 0_Ж — температура охла­ждающей жидкости.

Обычно при обработке вследствие неравно­мерного нагрева происходит изменение разме­ров, формы и расположения поверхностей. Так, температура в различных точках станка различается на 10 — 60 °С, и это вызывает сме­щение и перекос оси шпинделя относительно оси детали.

Температура и температурные деформации станка в значительной степени определяются конструкцией узлов, фактическими зазорами и натягами в подшипниках, методом подачи и объемом смазочного материала.

При испытании станков на точность прове­ряют стабильность взаимного расположения рабочих органов под тепловой нагрузкой. Для круглошлифовальных станков линейное сме­щение оси шпинделя шлифовального круга от­носительно оси передней и задней бабок в ре­зультате нагрева на холостом ходу в течение 60 мин допускается 32 — 63 мкм соответствен­но для станков с наибольшим устанавли­ваемым диаметром 100 — 800 мм, а угловое смещение 4 мкм на длине 100 мм. Указанные отклонения относятся к станкам класса П. Для станков классов В и А отклонения меньше в 1,6 и 2,5 раза соответственно.

Температурные деформации вызывают не только смещение узлов станка, но и изменение жесткости станков. Так, после нагрева бесцен- трово-шлифовальных станков жесткость узлов увеличилась в 1,5 раза, отклонение формы — в 1,5 раза.

Температурные деформации могут быть существенно уменьшены:

1) обеспечением постоянства температур­ного поля в зоне установки станка: поддержа­нием в цехе определенного температурного режима (табл. 30), установкой прецизионных станков в специальных термоконстантных по­мещениях;

2) уменьшением неравномерного нагрева станков в результате: а) вынесения внутренних источников теплоты (электродвигателей, ги­дроприводов) за пределы станка; б) примене­ния систем для поддержания определенной температуры смазочного масла; СОЖ; в) ис­кусственного нагрева отдельных частей стан­ка;

3) уменьшением влияния температурных деформаций путем выбора материалов дета­лей и оптимальных Направлений (не совпадаю­щих с направлением выдерживаемого размера) температурных деформаций, применения устройств для компенсации температурных смещений;

4) эксплуатационными мероприятиями: правильной установкой станков, своевре­менным регулированием подшипниковых уз­лов, обработкой точных деталей после дости­жения станком стационарного теплового со­стояния (после длительного останова, на холо­стом ходу в течение 20 — 30 мин).

При простейших расчетах учитывают удли­нение резца при установившемся тепловом состоянии:

/vK₇

где С — постоянная (при t ^ 1,5 мм; s ^ 0,2 мм/об; v = 100 200 м/мин С = 4,5); L_p - вылет резца; F — площадь поперечного сечения рез-

t_Q

К_т=-------- коэффициент, учитываю­щие

щий охлаждение резца из-за перерывов в ра­боте.

Температура резания при токарной обра­ботке может быть вычислена по следующим приближенным соотношениям:

для деталей из стали (ст_в = 770 МПа; 5 = = 22%)

0 = 166,5t>°'⁴r⁰'¹⁰⁵s⁰'²;

для деталей из чугуна

0 = 13Sv^0,36t°'⁰⁹s^0,133.