Features of calculating the cutting temperature during high-speed milling of aluminum alloys without the use of cutting fluid

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 39 TECHNOLOGY задней поверхности инструмента об обрабатываемый материал заготовки. Тепло, вызванное этими процессами, разогревает материал стружки до температуры 350–450 °С [4–7] (этот диапазон температур характерен для фрезерования алюминиевых сплавов). Образовавшееся тепло распространяется в заготовку и инструмент со скоростью, которая во многом зависит от физических характеристик обрабатываемого материала [8, 9]. Распределение тепла в зоне резания можно разделить на два участка: температуру на передней поверхности, зависящую от подачи и геометрии режущего лезвия (передний угол, угол наклона режущей кромки, угол в плане, угол подъема винтовой канавки и др.), и температуру на задней поверхности, зависящую от количества оборотов и ширины фаски износа. Расчет контактных температур на передней и задней поверхностях инструмента, а также температуры резания режущего лезвия для фрезерования алюминиевых сплавов базируется: – на изменении механических свойств (предел прочности, относительное удлинение) при повышенных температурах испытания; – учете совместного воздействия таких процессов, как деформация и скорость деформации, на изменение значения предела текучести; – учете теплофизических характеристик обрабатываемого материала (коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, теплоемкость), а также плотности материала. Расчет температуры при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов представляет интерес, поскольку температура является ограничивающим фактором при выборе стратегии обработки. Так, например, при фрезеровании вафельного профиля внутри топливного бака для ракетоносителей нет возможности применять смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ). Толщина внешней стенки топливного бака составляет 2–3 мм [7, 10, 11]. При таком процессе фрезерования температура на поверхностях режущего лезвия выступает в качестве ограничивающего фактора, поскольку перегрев может привести к местному короблению конструкции [12–14]. Контроль температурного фактора в производственных условиях не представляется возможным, поэтому необходимо рассчитать рациональные режимы фрезерования, при которых температура резания не превышает допустимых значений [9, 15]. В связи с вышеизложенным возникает необходимость в разработке математической модели для высокоскоростного фрезерования алюминиевых сплавов, которая в первом приближении учитывает совместное влияние температуры, скорости деформации и величины деформации на изменение значения предела текучести обрабатываемого алюминиевого сплава. Полученная модель позволит рассчитать температуры на различных поверхностях режущего инструмента, а также температуру резания в условиях высокоскоростного фрезерования для случаев, где нет возможности применять СОЖ. Целью работы является разработка методики расчета температуры резания при высокоскоростном фрезеровании заготовок из алюминиевых сплавов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) составить определяющее уравнение для удельной работы деформации при резании; 2) решить определяющее уравнение и найти его точки экстремума, которые являются источниками тепла; 3) вывести теоретические зависимости, позволяющие расчетным путем определить температуру в зоне резания при высокоскоростном фрезеровании заготовок из алюминиевых сплавов; 4) провести экспериментальные исследования по определению температуры резания при заданных параметрах; 5) сравнить полученные теоретические и экспериментальные данные и сделать вывод о точности прогнозирования температуры резания расчетным способом. Методика исследований Определяющее уравнение для расчета температуры представляет собой зависимость изменения предела прочности обрабатываемого материала от трех составляющих факторов, возникающих при резании (фрезеровании): температуры, деформации и скорости деформации. Каждый из этих факторов будет рассмотрен отдельно и обоснован. В условиях малых деформаций (например, при растяжении или сжатии) и незначительных

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1