Влияние нагрева на некоторые физические характеристики материала, инструмента и заготовки

Страницы: 1 2

Теплопроводность, теплостойкость, удельное электросопротивление, склонность к упрочнению, вероятность фазовых и структурных превращений — характеристики, которые оказывают существенное влияние на обрабатываемость при резании металлов с нагревом.

Теплопроводность обрабатываемого материала оказывает существенное влияние на распределение теплоты резания, возникающей за счет работы резания между инструментом, стружкой и заготовкой, а также в случае локального злектроконтактного нагрева, когда теплота распространяется от поверхности контакта.

Увеличение теплопроводности обрабатываемого материала будет увеличивать относительное количество теплоты, переходящей в стружку и заготовку, и соответственно будет меньше теплоты переходить в инструмент.

В процессе резания время на передачу теплоты от контактных поверхностей к окружающим объемам очень мало. Чем больше теплопроводность обрабатываемого материала, тем больше вероятность нагрева реальных объемов его вблизи поверхности контакта и снижения механических свойств материала в этом объеме и, следовательно, снижения работы на пластическую деформацию. В некоторых исследованиях путей улучшения обрабатываемости при резании без нагрева теплопроводность обрабатываемого материала предлагают в качестве одного из критериев обрабатываемости.

Предложена формула [24] для определения скорости резания при заданной стойкости с учетом коэффициента теплопроводности обрабатываемого материала λ.

Таким образом, увеличение теплопроводности обрабатываемого материала может рассматриваться как средство улучшения обрабатываемости. Для большинства обрабатываемых материалов с увеличением температуры нагрева теплопроводность возрастает. В общем виде зависимость теплопроводности от температуры нагрева выражается формулой
λt = λ0(1 + αt),
где λ0 — теплопроводность при температуре 20° С; t — температура нагрева; α — коэффициент температуропроводности, зависящий от свойств материала.

Изменение теплопроводности рассматриваемых выше обрабатываемых материалов с повышением температуры, по данным [26], а также в результате экспериментальных исследований показано на рис. 10. С повышением температуры (от 20 до 700° С) коэффициент теплопроводности X для всех рассматриваемых материалов, совершенно различных по химическому составу, возрастает приблизительно в 2 раза.


Рис. 10. Теплопроводность в зависимости от температуры для:
1 — аустенитных сталей (12Х18Н9Т, 30Х10Г10); 2— чугуна И4Х28Н2; титановых сплавов

Для более объективной оценки вероятного распределения тепловых потоков в инструмент и заготовку необходимо знать, как изменяется X материала инструмента с увеличением температуры и соотношение его с X для обрабатываемых материалов. При резании чугуна ИЧХ28Н2 твердым сплавом ВК6 это соотношение составляет 2,6, что способствует преимущественному отводу теплоты в материал инструмента. Высокая теплопроводность сплава ВК6 будет уменьшать вероятность локализации теплоты в тонких поверхностных слоях материала инструмента, следовательно, вероятности возникновения в нем тепловых напряжений и снижения его «горячей» твердости.

При резании аустенитных сталей и титановых сплавов распределение теплоты, связанное с X, будет происходить более равномерно. Относительно низкие значения X для твердого сплава Т15К6 будут увеличивать локализацию теплоты в контактных слоях материала инструмента и вероятность тепловых напряжений в нем, но, с другой стороны, увеличивать их пластичность, что для сплавов ТК является средством снижения хрупкого разрушения.