1 сурет. Өңдеудің технологиялық әдістерінің жіктелуі

Совет ғалымдарымен жасалған жылу ағымдарының пайда болуы мен таралу сұлбасы, жылу ағымдарының бағыты мен қарқындылығын, түйіспе аумағындағы температура градиентін және кесу зонасындағы температура өрісінің сипаттамасын, құрал, тетік, жоңқа және қоршаған орта араларындағы жылу алмасу заңдылықтарына, сонымен қатар, әртүрлі материалдарды кесу кезіндегі жылу баллансы жайындағы сандық және сапалық көрсетілімдерді анықтауға мүмкіншілік береді. Осы заңдылықтарды білудің кескіш құралдарды ұтымды құрылымдау мен пайдалану үшін, майлау мен суытудың, тетіктердің өңделген беттерінің дәлдігі мен сапасын жоғарылатудың тиімді әдістері үшін маңызы зор. Жылудың қозғалу қарқындылығы, жылу қозғалысына перпендикуляр, уақыт бірлігі ішінде бір беттен өтетін жылу санымен өлшенеді. Температураның ең үлкен өзгеру мәні мен бағытын сипаттайтын векторды, температура градиенті деп аталады.

Кесу процесін жүзеге асыратын, технологиялық жүйенің элементтері арасындағы жылуберу, күрделі процесс және жылуды жылжыту үш қарапайым тәсілмен іске асады: жылу өткізгіштік, жылулық тарату (конвекция) және жылу шығару.

Қандайда болмасын қатты денелер жүйесіндегі шоғырланған жылу көздерінің жылу тарату процесін математика тілінде екі негізгі теңдеумен суреттеледі: жылулық балансы мен жылу өткізгіштік.

Жылулық балансы теңдеуі:

Q_д + Q_тп + Q_тз = q_с + q_з + q_ин + q_о.с. (34)

Жылу өткізгіштік дифференциалды теңдеуі:

+ (35)
Кесу процесіне қатысатын, әрбір қатты дене үшін жазылған (35) теңдеуде: температура θ, жылу көзімен байланыстағы координата жүйесіндегі дене нүктелерінің x, y, z координаталары; жалпы жағдайда температураға тәуелді, дененің жылу өткізгіштік коэффициенті λ; көлемдік жылусыйымдылық «с ρ» (салмақтық жылусыйымдылығы – с, тығыздық – ρ); v_x, v_y, v_z –жылу көзінің дене ішіндегі жылжуының жылдамдық векторының О_x, О_y, О_z өстеріндегі проекциялары. Егерде жылу көзі координата өстерінің біреуіне параллель қозғалса, онда (35) теңдеуінде үш қосындының біреуі ғана қалады. Қозғалмайтын жылу көзінде v_x = v_y = v_z = 0, бірқалыпты жүріп жатқан процесс кезінде ·θ/ ·τ = 0. Жылу көздері мен жылу ағымдары 35, 36 суреттерде көрсетілген. Деформация жылуы Q_д шартты ығысу жазықтығының ығысу зонасында пайда болады; үйкеліс жылуы Q_тп жоңқа мен құралдың түйіспе аумағы шегіндегі алдыңғы бетте; үйкеліс жылуы Q_тз кесу беті мен құралдың түйіспе аумағы шегіндегі артқы бетте.

35 сурет. Жоңқаға, құралға және тетікке 36 сурет. Кесу зонасындағы жылу пайда кететін жылу ағымдары болу көздері

Жоңқаға кететін жылу:

q_с = q_дсс + q_тпс + q_дзс + q_тзс (36)

q_дсс = q_дс + q_дси + q_дсз (37)

q_тпс = Q_тп - q_тпи - q_тпз (38)

(37), (38) формулаларындағыларды (36) формулаға қойып, алатынымыз:

q_с = q_дс - q_дси - q ₊ Q_тп - q_тпи - q_тпз + q_дзс + q_тзс =

= q_дс + Q_тп - (q_дси + q_дсз + q_тпи + q_тпз - q_дзс - q_тзс) (39)

(39) формуласындағы жақшаның ішіндегі өрнек – құралдың алдыңғы бетіндегі қорытынды жылу ағымы, б.ж. q_с = q_дс + Q_тп - q_итп, (40)

бұл q_дс – деформация зонасынан жоңқаға қарай кеткен жылу ағымы;

Q_тп – алдыңғы беттегі үйкеліс жылуы;

q_итп – алдыңғы беттегі қорытынды жылу ағымы.

Дайындамаға кететін жылу саны:

q_з = q_дзз + q_тзз + q_тпз + q_дсз = q_дз - q_дзс - q_дзи + Q_тз - q_тзи - q_тзс + q_тпз + q_дсз =

= q_дз + Q_тз - (q_дзс + q_дзи + q_тзи + q_тзс - q_тпз - q_дсз) (41)

(41) формуладағы жақшаның іші– құралдың артқы беттегі қорытынды жылу ағымы

q_з = q_дз + Q_тз - q_итз, (42)

бұл q_дз – деформация зонасынан дайындамаға қарай кеткен жылу ағымы;

Q_тз – артқы беттегі үйкеліс жылуы;

q_итз – артқы беттегі қорытынды жылу ағымы.

Құралға кетіп жатқан жылу саны (40), (41) формулалардан шығады:

q_ин = q_итп + q_итз (43)

пайда болатын жылу істелінетін жұмысқа пропорционалды болғандықтан, жылу саны өңделетін дайындама материалының түрі мен механикалық қасиеттеріне, құралдың геометриялық параметрлері мен кесу режимдеріне тәуелді.

37 суретте кесу жылдамдығының жылудың жоңқа, дайындама және құрал арасында бөлінуі көрсетілген.

(Болат 40Х; Т15К6; t = 1,5мм; S = 0, 12 мм/об.)

37 сурет. Кесу жылдамдығының жылу бөлінуіне тигізетін әсері

Кесу жылдамдығы тұрақты болған кезде жоңқаның орташа температурасы мен жоңқа, құрал және дайындама арасындағы жылудың бөлінуі, кесуге жұмсалатын жұмысқа, және өңделетін материалдың жылуөткізгіштігіне байланысты.

Құралға кететін жылу саны өте аз және қандай да болмасын материалдарды әр түрлі кесу режимдерімен кесу кезінде, жоңқа мен дайындамаға кететін жылу санынан кем болады. Оның негізгі себебі, құрал материалының өңделетін материалмен салыстырғанда жылуөткізгіштігінің төмендігі.

Кесу температурасы. Құралға кететін жылу үлесінің өте аздығына қарамастан, құралдың алдыңғы бетіндегі орташа температура жоңқаның орташа температурасынан бірнеше есе асады (38 сурет).

38 сурет. Кесу жылдамдығының кесу мен жоңқаның орташа температурасына әсері

бұл жерде, θ_п.ср. және θ_з.ср – артқы және алдыңғы беттердегі орташа температура;

С₁ және С₂ – артқы және алдыңғы беттердегі түйіспе аумағының ені.

Нақты бір материалды жону кезінде кесу жылдамдығы мен кесілетін қабат қимасы (а b) үлкейген сайын θ өседі. Бірақта олардың кесу температурасына әсері бірдей емес. Өлшеулер негізінде, әртүрлі құралдармен жұмыс істеген кезде θ мен a, b және өзара байланыстыратын формула алынады:

θ = С_θ ^m aⁿ b^q (45)

Формуладағы С_θ коэффициенті өңделетін материалдың түрі мен механикалық қасиеттерінен, құралдың геометриялық параметрлері мен қолданылатын СОЖ тәуелді. Қандай да болмасын өңдеу кезінде m, n және q көрсеткіштерінің мәндері бірдей емес: m>n>q.

Температураны анықтау әдістері. Деформация зонасы мен құралдың түйіспе беттеріндегі жылу құбылыстарын зерделеудегі аналитакалық әдістерді қолдануда қол жеткізген табыстарға қармастан, эксперименттік әдістер өздерінің қарапайымдылығы мен сенімділігі арқасында зерттеудегі негізгі құрал болып саналады. Зерттеудің негізгі обьектілері болып саналады:

а) кесу кезіндегі бөлінетін жылу саны мен оның жоңқа, тетік және құрал арасында бөлінуі;

б) құралдың түйіспе беттеріндегі болатын температура;

в) деформация зонасы мен құралдың кесу сынасындағы температура өрісі.

Эксперименттік әдістер сапалық (термокраска әдісі, «құбылма түсті» әдісі) және сандық (калориметрлік және термобу әдістері) болып бөлінеді.

Бұл әдістер тереңірек зертханалық жұмыстарда қарастырылады.