Obrabotka Metallov 2010 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (49) 2010 8 ТЕХНОЛОГИЯ Одним из важнейших факторов, определяющих процесс резания, является теплота, образующаяся в результате работы сил внутреннего и внешнего тре- ния, а также за счет других причин, которыми при анализе обычно пренебрегают, например дисперги- рования, связанного с эффектом отделения стружки. Известно, что обеспечение эффективного отвода тепла из зоны резания может служить основой для повышения производительности (за счет интенси- фикации режимов резания) или экономичности ме- ханической обработки (за счет повышения стойкости инструмента). Кроме того, тепло, переходящее в за- готовку, может вызвать нежелательные изменения ее размеров и качества поверхности, подчас являющие- ся причинами появления брака. Тепло, образующееся в процессе резания, уно- сится со стружкой, передается заготовке, инструмен- ту, распространяется в окружающую среду. Соот- ношение между количеством тепла, ушедшего в ту или иную сторону, зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима реза- ния, геометрии режущего инструмента и характе- ристик внешней среды, в которой осуществляется резание. Известные опыты Я. Г. Усачева и других ис- следователей, определявших количество теплоты в УДК 621.91.02:536.2(045) ЧИСЛЕННАЯ ОЦЕНКА ИНТЕНСИВНОСТИ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ПРИ УДАЛЕНИИ СТРУЖКИ ПНЕВМОТРАНСПОРТОМ В.В. СМИРНОВ, канд. техн. наук, доцент, А.М. ФИРСОВ, канд. техн. наук, доцент ( Бийский технологический институт ( филиал ) АлтГТУ, г. Бийск ) Статья поступила 17 октября 2010 г. 659305, Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, 27, Бийский технологический институт (филиал) АлтГТУ, e-mail: mrsi@bti.secna.ru В работе проведена численная оценка интенсивности процесса теплообмена в зоне резания при удалении стружки пневмотранспортом. Установлено, что снижение тепловой напряженности процесса в зоне резания в основном происходит за счет ускоренного удаления стружки. Ключевые слова : теплота, тепловой баланс, зона резания, пневмотранспорт, конвективный теплообмен, теплоотдача, численные методы, метод конечных элементов. The numerical estimation of the heat exchange process in the zone of cutting when removing the chips by suction is carried out in the work. It is found out that the thermal stress at the cutting zone is possible to reduce mainly due to the accelerated removal of chips by pneumatic transport. Key words: heat, heat balance, cutting, pneumatic transport, convectional heat transfer, heat transfer, numerical methods, finite element method. стружке калориметрическим методом, показали, что в зависимости от скорости резания, глубины резания и подачи при обработке конструкционной стали в стружке содержалось 60…80 % количества теплоты резания, а при скоростных режимах резания – свыше 90 % [1]. Из сказанного можно заключить, что основ- ной способ распространения тепла в зоне резания связан со свойством теплопроводности твердых тел. Конвекция и тепловое излучение влияют на процесс незначительно. Вместе с тем существуют способы интенсифика- ции конвективной составляющей общего теплового баланса. Прежде всего, это использование смазочно- охлаждающих технических средств: водных раство- ров, эмульсий, масел, струй сжатого воздуха. Послед- нее имеет место в том числе и при удалении стружки гидро- и пневмотранспортом. Предметом нашего анализа является изменение температурного баланса зоны резания при удале- нии стружки пневмотранспортной системой (рис. 1). В общем случае конвективный теплообмен между окружающей средой и граничной поверхностью определяется с помощью выражения, известного как уравнение теплоотдачи Ньютона: Q = α F ( t п – t c ) , (1)