Источниками теплового потока (рис. 5.6), поступающего в деталь, являются: расположенная под углом сру зона стружкообразования (поток Ф0), участок hч на линии среза, соответствующий высоте треугольной контактной пластической зоны деформаций на передней поверхности (поток Ф,), участок h2 задней по­верхности застойной зоны, образовавшийся при заточке упрочняющей фаски

на передней поверхности (поток Ф2), и фаска Лз износа задней поверхно­сти (поток Ф3).

Из всех рассматриваемых пло­щадок только одна (условная плос­кость сдвига) расположена под углом к обработанной поверхности детали и только одна составляющая потока в деталь (поток Ф0) не зависит от скорости резания.

Остальные составляющие тепло­вого потока (Фь Ф2, Ф3) пропорцио­нальны скорости. Таким образом, зависимости суммарного теплового
потока Ф от скорости резания v должны отсекать от оси потоков Ф при скоро­сти v = 0 величину теплового потока Ф0. В § 5.2 было показано, что величина потока Ф0 не только не зависит от скорости резания, но и весьма мала. Кроме того, зона стружкообразования в действительности представляет собой не плоскость сдвига, а зону с параллельными границами (см. рис. 5.6). Темпера­тура на начальной границе зоны стружкообразования весьма несущественна [50], поэтому расчетный тепловой поток Ф0 фактически значительно меньше, чем даже тот небольшой поток, который был рассчитан в предположении о зоне стружкообразования в виде единственной плоскости сдвига.

Экспериментальные данные, неко­торые из которых представлены на рис. 5.7, подтверждают предположения о том, что тепловой поток Ф0, посту­пающий в изделие из зоны стружкооб­разования, близок к нулю. На этом ос­новании весь тепловой поток Ф, посту­пивший в изделие, будем относить только к задним поверхностям застой­ной зоны hb /?2 и фаски износа h3.

Опыты по определению тепловых потоков от застойной зоны проводи­лись острыми резцами (т. е. при h3 =0) с упрочняющей фаской f на передней поверхности, расположенной под углом yf. При этом высота застойной зоны (см. рис. 5.6) рассчитывалась по формуле

=-(tgy-tgy f)a. (5.11)

а

Относительная ширина фаски f/a выбиралась не более предельного значе­ния, превышение которого вызывает уменьшение действительного переднего угла схода стружки у0. Таким образом, действительный передний угол схода стружки был равен переднему углу резца за фаской. Контроль высоты h2 за­стойной зоны потоков дф осуществлялся измерением параметров поперечного сечения «уса».

Значения Л2, рассчитанные по формуле (5.11) и измеренные по «усу», прак­тически совпадали. Изменение высоты застойной зоны достигалось за счет варьирования ширины фаски f. В предельном случае (при отсутствии фаски /) высота h2 застойной зоны равнялась нулю и тепловой поток в деталь поступал только от участка hx застойной зоны (рис. 5.8).

Плотности тепловых потоков вычислялись графическим дифференцирова­нием потока Ф по площади F:

1 ДФ

q = T^~TЈ — (5-12)

DSbv Ап

Тангенсы углов наклона касательных к кривым «Ф-Л2», «Ф-Л3» характери­зуют плотности тепловых потоков <7ф. Тепловые потоки от застойной зоны дос­тигают весьма больших значений (см. рис. 5.8), причем зависимости тепловых потоков Ф от высоты застойной зоны h2 имеют вид выпуклых кривых.

а) б)

Рис. 5.8. 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; 6 — ХН67МВТЮ-ВД, резец ВК8, v: 1-2,0 м/мин, 2 — 5,0 м/мин, 3-10 м/мин, 4-20 м/мин

Наибольшие плотности тепловых потоков <7ф наблюдаются при h2 -> 0, т. е. при приближении к участку застойной зоны h^. В связи с относительно неболь­шой протяженностью этого участка, а также с невозможностью произвольного управления этим фактором в экспериментах, плотность теплового потока на участке фаски износа условно принята равномерно распределенной. При этом высота застойной зоны на передней поверхности инструмента без фаски опре­делялась линейной экстраполяцией графика ФФ2) на ось Ф=0.

Опыты по определению тепловых потоков от фаски износа /?3 (рис. 5.9) про­водились при точении резцами с плоской передней поверхностью — без упроч­няющей фаски.

Фаска износа перед опытами предварительно затачивалась под задним уг­лом а=0 на величину /?3 и прирабатывалась при точении заготовки того же диаметра, что и в опыте. В предельном случае, когда ширина фаски износа /?3 равнялась нулю, тепловой поток в деталь поступал только от участка h^ застой­ной зоны.

Как следует из сопоставления графиков, представленных на рис. 5.8 и рис. 5.9, тепловые потоки от фаски износа (при равных значениях ширины фас­
ки износа и высоты застойной зоны) меньше, чем потоки от застойной зоны. При нулевых значениях высоты застойной зоны h2 и ширины фаски износа Л3от оси потока Ф отсекаются одинаковые для данного режима отрезки, соответст­вующие потоку от застойной зоны высотой hv

0 0,2 0,4 /73, мм 0 0,2 0,4 Л3, мл

а) б)

Рис. 5.9. 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

Еще один важный вывод заключается в том, что графики зависимостей по­токов от ширины фаски износа представляют собой прямые линии (см. рис. 5.9). Это свидетельствует о равномерном распределении плотности теплового потока q3 по ширине фаски износа. Результаты графического диф­ференцирования зависимостей «Ф-Л2» и «Ф-/?3» представлены на рис. 5.10 и 5.11.

а) б)

Рис. 5.10. 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

Данные о плотности теплового потока д3 от фаски износа инструмента при точении стали согласуются с результатами расчета касательных напряжений на фаске износа по измеренным силам резания [37, 82]. Однако измерение сил
с помощью динамометра не позволило выявить источники тепла на участках застойных зон. Это удалось сделать только благодаря использованию калори­метрического метода. Полученные с помощью этого метода эксперименталь­ные результаты позволили уточнить представления о распределении плотно­сти теплового потока на задних поверхностях застойной зоны и фаски износа.

Рис. 5.11. Зависимости плотности теплового потока q от ширины фаски из­носа 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

На основании этих данных основной вывод состоит в том, что при резании с высокими скоростями (т. е. при отсутствии нароста, но при наличии застойной зоны) нельзя пренебрегать источниками теплоты, расположенными на участках застойной зоны. Это связано с тем, что плотность теплового потока на участке застойной зоны значительно выше, чем на фаске износа. При этом в начале застойной зоны или при наименьших размерах высоты застойной зоны (т. е. при отсутствии упрочняющей фаски) плотность теплового потока максимальна (см. рис. 5.10). Исключение из этого составляет редко встречающееся на прак­тике резание с весьма тонкими срезами (а<0,01 мм) при относительно больших значениях ширины фаски износа.

В общем случае даже при отсутствии упрочняющей фаски на передней по­верхности инструмента необходимо принимать во внимание, что температура на фаске износа является результатом действия, по крайней мере, двух равно­мерно распределенных источников тепла: первого — на участке hi застойной зоны с плотностью теплового потока Цо, второго — на фаске износа h3 с плотно­стью теплового потока q3. В связи с этим для расчета температуры на фаске износа необходимо знать высоту hi застойной зоны.

Высота h застойной зоны определялась путем экстраполяции зависимости «Ф — hi + Л2» на уровень нулевого теплового потока (Ф = 0) в предположении, что плотность теплового потока на участке (0, h,) постоянна. Полученные ка­лориметрическим методом зависимости высоты Лі застойной зоны от толщи­ны срезаемого слоя а и скорости резания v хорошо согласовывались с резуль­татами металлографических измерений [37] и были обобщены единой зависимостью

срезаемого слоя при рациональной температуре на задней поверхности за­стойной зоны (03 * 900 °С).

Структура полученной эмпирической формулы свидетельствует о влиянии температуры на высоту застойной зоны, возникающей на передней поверхно­сти при больших скоростях резания.