Analytical presentation of cutting temperature to development of the theoretical thermomechanics of grinding

Abstract

The paper provides an analytical dependence for determining the cutting temperature during grinding taking into account physical material science and processing kinematic-geometric conditions of treatment. According to this dependence, with increasing the depth of grinding and corresponding processing productivity the cutting temperature initially increases, and then it asymptotically approaches to constant value that mainly determined by the energy intensity of the treatment. This theoretical solution is consistent with practical data and opens up new technological opportunities for controlling the thermal tension of the grinding process, as it opens the prospect of further increasing the processing productivity without actually increasing the cutting temperature. It is possible to realize this solution under condition of essential reduction of conditional cutting stresses (power consumption of processing). In contrast to the known approaches as a rule based on the experimental establishment of heat shares leaving into the workpiece and formed chips, the developed theoretical approach will allow us to more objectively assess the technological possibilities of reducing the cutting temperature during grinding and develop recommendations for their practical implementation. The basis of the design scheme is the well-known representation of the removable allowance by a set of adiabatic rods which are cut off during processing. У роботі наведено аналітичну залежність для визначення температури різання при шліфуванні з урахуванням фізичного матеріалознавства і кінематико-геометричних умов обробки. Відповідно до цієї залежності зі збільшенням глибини шліфування і, відповідно, продуктивності обробки температура різання спочатку збільшується, а потім асимптотично наближається до постійного значення, що визначається головним чином енергоємністю обробки. Це теоретичне рішення узгоджується з практичними даними і відкриває нові технологічні можливості управління тепловою напруженістю процесу шліфування, так як відкриває перспективу подальшого збільшення продуктивності обробки фактично без збільшення температури різання. Реалізувати дане рішення можна за умови істотного зменшення умовного напруження різання (енергоємності обробки). Розроблюваний теоретичний підхід, на відміну від відомих підходів, заснованих, як правило, на експериментальному встановленні часток тепла, які йдуть в оброблювану деталь, і в стружки, що утворюються, дозволить більш об'єктивно оцінити технологічні можливості зменшення температури різання при шліфуванні й розробити рекомендації щодо їх практичної реалізації. В основу розрахункової схеми покладено відоме подання припуску, що знімається, безліччю адіабатичних стержнів, які зрізуються в процесі обробки. В работе приведена аналитическая зависимость для определения температуры резания при шлифовании с учетом физического материаловедения и кинематико-геометрических условий обработки. Согласно этой зависимости с увеличением глубины шлифования и, соответственно, производительности обработки температура резания первоначально увеличивается, а затем асимптотически приближается к постоянному значению, определяемому главным образом энергоемкостью обработки. Это теоретическое решение согласуется с практическими данными и открывает новые технологические возможности управления тепловой напряженностью процесса шлифования, так как открывает перспективу дальнейшего увеличения производительности обработки фактически без увеличения температуры резания. Реализовать данное решение можно при условии существенного уменьшения условного напряжения резания (энергоемкости обработки). Разрабатываемый теоретический подход, в отличие от известных подходов, основанных, как правило, на экспериментальном установлении долей тепла, уходящего в обрабатываемую деталь и образующиеся стружки, позволит более объективно оценить технологические возможности уменьшения температуры резания при шлифовании и разработать рекомендации по их практической реализации. В основе расчетной схемы положено известное представление снимаемого припуска множеством адиабатических стержней, которые срезаются в процессе обработки.