страница - 0
Модель тепловых потоков при резании пластинами повышенной теплопроводности
Нехорошков С.В. (sergey n mail@pochta.ru)
Ростовская-на-Дону государственная академия сельскохозяйственного машиностроения
Как известно, в процессе резания образуется большое количество теплоты, которое, распространяясь в изделие и инструмент, оказывает существенное влияние на точность обработки, качество поверхностного слоя и стойкость режущего инструмента.
В значительной степени протекание тепловых явлений зависит от теплофизи-ческих параметров изделия и инструмента. Например, если при обработке металлов, имеющих высокую теплопроводность, усиленный отвод тепла может привести к погрешности размера и формы обрабатываемой поверхности, то при обработке жаропрочных сплавов и закаленных сталей, имеющих низкую теплопроводность, высокая концентрация тепла в поверхностных слоях изделия вызывает значительные температурные напряжения [1, 2]. Поэтому при обработке высокоточных деталей из сплавов с высокими коэффициентами теплопроводности и линейного расширения важно знать степень влияния тепловых явлений на точность обработки, а после обработки деталей из жаропрочных и закаленных сплавов их физико-механические свойства поверхностного слоя.
В настоящее время эту задачу можно решить, используя современные средства вычислительной техники и соответствующее программное обеспечение, которое позволяет создать трёхмерную модель режущего инструмента вместе с деталью и в комплексе решить тепловые и прочностные задачи.
Автором использованы программные продукты ANSYS (среда для научных и инженерных расчетов методом конечных элементов) и T-FLEX (система параметрического проектирования, позволяющая создавать трёхмерные модели любой сложности). Исследовались квадратные неперетачиваемые твёрдосплавные пластины двух типов (рисунок 1): а) стандартная пластина; б) пластина с укороченной задней поверхностью повышенной теплопроводности [3]. Целью исследования была проверка предположения, что армирование задней поверхности медью позволяет снизить контактную температуру в зоне резания и тем самым уменьшить износ резца.
Моделирование с использованием метода конечных элементов показало, что
Твёрдый сплав Медный слой
а)б)
Рисунок 1. Типы исследованных неперетачиваемых пластин (Т15К6, 12x4.6 мм).
587° I
330°,470° 429°390°
512°
\
328°
314
293
274
253°
472°429°390°370° 349°
331°
322
310
298
280°
а)б)
Рисунок 2. Модель температурного поля неперетачи-ваемой пластины из твёрдого сплава Т15К6: а) обычная пластина, б) пластина армированная медью. Сталь 45, V=150 м/мин, S=0.1 мм/об, t=0.5 мм.
80 п
С ,Т
60 н
40 Н
20 Н
0
250 м/м! | н | |
/ | ||
\ 1 | 00 м/мин |
кривая температуры у поверхности режущего клина резко падает. На пластинах повышенной теплопроводности наблюдается существенный по величине тепловой поток, направленный из зоны резания в медный слой (рисунок 2б), который способствует отводу тепла в тело пластины и уменьшению контактной температуры. Как известно, с увеличением скорости резания температура растет, при этом на пластине повышенной теплопро-имеет место существенное, с обычной пластиной,
0
1,5
0,51
Подача S, мм/об
Рисунок 3. Разница между максимальными контактными температурами АТ пластины новой конструкции относительно стандартной пластины в зависимости от подачи, Т15К6 - Сталь45, t=1 мм
С
о
,Т
750 650 550 450 350
1 1 | ||
о-о-о-о- | ||
• | -о-о-о-б |
L,мм
водности по сравнению снижение температур (рисунок 3). При моделировании теплового поля в зависимости от скорости резания, пластины новой конструкции показали наибольшую эффективность, работая на высоких скоростях и малых подачах (чистовая обработка), т.е. на режимах резания, при которых возникают высокие контактные температуры (рисунок 3). Изучение распределения температур по задней поверхности также подтверждает наличие значительного стока тепла из зоны резания в высокотеплопроводную оболочку (рисунок 4).
Метод конечных элементов при исследовании тепловых процессов позволил сократить многочисленные дорогостоящие лабораторные исследования. С достаточно высокой точностью была определена степень влияния
высокотеплопроводного медного слоя 0123на распределение тепловых потоков в
Рисунок 4. Температура Т на задней поверхности: 1 - стандартной пластины, 2 -пластины повышенной теплопроводности; L - расстояние от главной режущей кромки; V = 170 м/мин; t = 0,5 мм; S = 0,1 мм/об.
резце, установлена величина влияния параметров укорочения пластины на контактные температуры в зоне резания, определены параметры рациональной геометрии пластин с укороченной задней поверхностью и уточ-
нена область их применения.
Подтверждено, что применение активного теплоотвода выгодно перераспределяет тепловые потоки в резце и снижает температуру в зоне резания до 100°С, что приводит к уменьшению интенсивности изнашивания инструмента, снижает вероятность образования лунки на передней поверхности и повышает надёжность предложенной конструкции пластины.
Данный метод исследования, может быть с успехом применён для изучения температурного поля процесса резания в целом.
Полученные результаты моделирования хорошо согласуются с работами Г. С. Николаевой, Р. А. Месилы, Ю.А. Грицаенко.
Литература
1.Тепловые явления при обработке металлов резанием, под ред. к.т.н., доц. Панкиной Е.А., - Москва, 1959. - 226 с.
2.Я.Л.Гуревич, М.В.Горохов, В.И.Захаров и др. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник, 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986, 240 с., ил
3.Материалы XVII международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», том 5, секция 5, Кострома 2004г., Ю.С. Дубров, Г.С. Николаева, С.В. Нехорошков «Моделирование изменения тепловых потоков в сборных режущих инструментах».
содержание:
[стр.Введение] удачное приобретение салонный фен для волос для профессионального использования . Дорожно-строительная техника. Грейфер ЭО-2621 - прайс поставщика. Автотехника.