Teplo řezání, tepelná bilance, studium tepelných jevů

·       Teplo a teplota řezání

Většina dodané energie vynaložené na odebírání třísky se přemění v teplo. Teplota má nepříznivý vliv na opotřebení nástroje, na přesnost obrábění a na jakost obrobené plochy.

Během obráběcího procesu se téměř veškerá práce řezání transformuje v teplo.

Vzniklé teplo výrazně ovlivňuje řezný proces:

·       Negativně působí na řezné vlastnosti nástroje

·       Ovlivňuje mechanické vlastnosti obráběného materiálu

·       Ovlivňuje pěchování a zpevňování obráběného materiálu

·       Ovlivňuje podmínky tření na čele i hřbetě nástroje

·       Teplo, které vzniká při řezném procesu

Qpe – teplo vzniklé v důsledku plastických deformacích

Qgama – teplo vzniklé v oblasti tření třísky po čele nástroje

Qalfa – teplo vzniklé v oblasti tření hřbetu nástroje po přechodové ploše obrobku

·       Vzniklé teplo je odváděno do jednotlivých prvků obráběcí soustavy

Qt – teplo odvedené třískou

Qn– teplo odvedená nástrojem

Qo– teplo odvedené obrobkem

Qpr– teplo odvedené řezným prostředím

·       Rovnice tepelné bilance

V teplo se přeměňuje téměř veškerá práce vynaložená na proces řezání, s výjimkou práce pružných deformací a práce utajené (spotřebovaná na deformaci mřížky a vytvoření nových povrchů)- do 5%, nejčastěji max 2% celkové práce řezání. Zbytek, tj. min 98%, se transformuje v teplo.

Celkové množství tepla Q vznikající za sekundu při obrábění:

     

Na podíl jednotlivých odváděných složek tepla řezného procesu do třísky, obrobku, nástroje a prostředí má vliv:

·       Tepelná vodivost materiálů obrobku a nástroje

·       Řezné podmínky (řezné rychlosti)

·       Řezné prostředí (způsobu chlazení a mazání)

·       Geometrie břitu řezného nástroje

Největší množství tepla vzniká v oblasti primární plastické deformace I.- rozhodující z hlediska tvorby třísky.

Oblast sekundární plastické deformace II.- v důsledku vysokého tlaku, teploty a kovově čistých povrchů dochází k adhezi mezi materiálem třísky a nástroje.

Oblast terciálních plastických deformací III.- v důsledku zaoblení břitu nástroje je část materiálu stlačována pod ostří nástroje.

Zbytková napětí:         - Tlaková- výhodné (zpevnění)

                        - tahová- zhoršují vlastnosti obrobku (trhlinky).

·       Teplota řezání

Teplota má vliv na otupení břitu. Překročením mezní teploty se sníží tvrdost břitu a narůstá opotřebení.

Teplota řezání závisí na:

·       Materiálu obrobku, řezném matriálu, geometrii nástroje, řezných podmínkách, řezném prostředí

·       Metody experimentálního studia tepelných jevů

Zaměřeny do dvou oblastí:

1.     Stanovení celkového množství tepla a podíl odvedeného tepla do jednotlivých oblastí

2.     Stanovení teploty a teplotního pole obrobku, nástroje a třísky

Metody:

·       Termoelektrický jev (termočlánky)

·       Tepelné záření (termovize, fotometrie)

·       Změna struktury (teploměrné křídya barvy)

·       Termoelektrický jev (termočlánky)- všechny stykové plochy mezi nástrojem a obrobkem

Termočlánky: přirozený         poloumělý       umělý

·       Tepelné záření (termovce, fotometrie)

·       Termokamery – bezkontaktní metoda, využívá zpracování infračerveného záření. Měření teploty povrchové vrstvy obrobku termokamerou umožňuje detailní analýzu termálních jevů.

·       Termovize – slouží ke snímání, zobrazování a vyhodnocování teplotních polí. Výhodou je možnost vybrat si ze snímku jeden či více bodů, kde lze zjistit okamžité teploty v místě řezu či zobrazit celé teplotní pole obráběcího nástroje

·       Měření pomocí teplotních indikátorů- teplotní indikátory jsou termochemické teploměry, kterými se dají určovat místa se stejnou teplotou. ( po dosažení určité teploty dochází ke změně barvy nebo skupenství)

-        Teploměrné barvy

-        Teploměrné tužky

-        Teploměrné křídy nebo vosky

·       Chlazení a mazání

Nepříznivý vliv tepla teploty lze snížit volbou vhodného prostředí. Úkolem řezného prostředí je:

-        odvádět teplo

-        Snížit tření

-        Snížit otupení nástroje

-        Zlepšit jakost obrobené plochy

-        Odvádět třísky