CC BY
30
Абразумов В.В.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОТЫ НА ЗАДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РЕЖУЩЕГО КЛИНА ПРИ ОБРАБОТКЕ ЦСП
Цементно-стружечные плиты (ЦСП) являются неоднородным композиционным материалом, состоящим из древесной стружки и цементного камня. В качестве связующего при изготовлении таких материалов используется портландцемент марки 500. Портландцементы представляют собой гидравлические вяжущие, получаемые тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом и специальными добавками. Основными компонентами клинкера являются окись кальция СаО, двуокись кремния БЮ2 и окись железа Ге20з, суммарное содержание которых составляет 95...97%. Размеры зерен цементного клинкера колеблются от 5.10 до 40.50 мкм. Зерна цементного клинкера, соответствующие по составу А1, Б1, Мд и ферритной фазе характеризуются высокой твердостью (НВ5500...9000 МПа) , а некоторые минералы цементного клинкера (чистый алит, полиморфная а-модификация двухкальциевого силиката и другие) устойчивы в интервале температур 12 0 0.213 0оС. В процессе взаимодействия портландцемента с водой (гидратации) образуются комплексные соединения (новообразования) в виде чрезвычайно дисперсных частиц, которые относятся к гелевидным фазам. Степень гидратации портландцемента в течение 180 суток не превышает 60%, а при твердении в течение десятков лет - 80.90%. На начальном этапе
происходит гидратация мелких зерен (< 10 мкм), а затем - более крупных [1], и только через 25.30 дней наступает полная гидратация частиц размером до 10 мкм.
Структура ЦСП состоит из непрерывного каркаса, образованного тонкими плёнками цементного камня, внутри которого размещаются древесные частицы. Адгезионная прочность на поверхности раздела цементный камень-древесная стружка в зависимости от технологических режимов изготовления ЦСП и её влажности составляет 0,17.0,4МПа.
При резании ЦСП задняя поверхность режущего клина взаимодействует с цементным камнем, состоящим из геля, внутри которого статистически распределены непрореагировавшие (негидратированные) зёрна цементного клинкера размером более 10 мкм. Содержание негидратированных зёрен клинкера в геле может достигать 40%, а их твердость сохраняется при высоких температурах и сопоставима с твёрдостью материала режущего клина. В связи с этим цементный камень может рассматриваться как абразивный материал, в котором негидратированные зёрна расположены в геле, выполняющем роль связки, а процесс взаимодействия задней поверхности режущего клина с цементным камнем как процесс микрорезания. Такая схематизация процесса взаимодействия задней поверхности режущего клина с цементным камнем при обработке ЦСП позволяет смоделировать источник теплоты на поверхности контакта «изделие - режущий клин».
Силу микрорезания можно разложить на две составляющие - тангенциальную Р2 , действующую в направлении главного движения резания, и радиальную Ру. Эти силы для случая резания ЦСП могут быть определены расчетным путем. Площадь контакта режущего клина с поверхностью резания составит (см. рис. 1)
5 = В ■ 13 ,
где В - ширина обрабатываемой поверхности, м; 1з - длина контакта режущего клина с обрабатываемой поверхностью, м.
Максимальное значение радиальной составляющей силы резания Ру определяется из уравнения
Ру = 5ас , (2)
где ас - предел прочности ЦСП на сжатие, МПА.
При большем значении Ру произойдёт разрушение поверхностного слоя. Радиальная составляющая Ру силы резания при шлифовании всегда болше тангенциальной составляющей. Отношение f = Р2 / Ру < 1 называют
коэффициентом абразивного резания. Для различных обрабатываемых материалов коэффициент абразивного резания имеет определённые значения;
Рис.1. Расчетная схема для определения Ру
0,38, для твёрдого сплава
так для быстрорежущей стали Р9Ф5 Р2 / Ру
Т15К6 это отношение составляет 0,45 [2].
На обработанной поверхности ЦСП можно наблюдать разные по структуре
участки: цементный камень, древесные частицы и поры. Каждый из этих участков занимает
определённую относительную долю в общей поверхности резания так, что
Сцк + Сдс + Сп =1, )
где с - относительные доли поверхности резания, занимаемые соответственно цементным камнем (сцк), древесными частицами (сдс) и порами (сп).
Закон распределения интенсивности теплообразующего источника на контактной площадке при
микрорезании описывается уравнением [3]
= 2 ■ 102 ^ и
- е ^—т - хЫ2 Вт/см2,(4)
Н;
о -
скорость резания,
м/с;
Ф -
ш резания,
0,02 1/мм2 - характеристика свойств абразивного материала;
где Р2 - тангенциальная составляющая
модифицированная функция Лапласа; т хи = z / 1з - точки контакта по длине теплообразующего источника.
На рис. 2 приведены результаты расчёта по уравнению (4) распределения теплообразующего источника при резании ЦСП со скоростью 20,6 м/с фрезой из быстрорежущей стали Р9Ф5.
■5у«
Вт / см
\ \
При резании металлов источник теплоты на площадке контакта изделия с режущим клином возникает под действием сил трения. Рассмотренные выше структурные особенности ЦСП позволяют заменить этот источник другим, возникающим в результате взаимодействия режущего клина с негидратированными зёрнами цементного клинкера. Такая замена правомерна, поскольку отражает реальный процесс. Теплота этого источника распределяется между обрабатываемым материалом и режущим клином и учитывается при составлении балансовых уравнений при поступлении теплоты в обрабатываемое изделие, стружку и режущий клин.
Рис. 2. Распределение интенсивности теплообразующего источника на контактной поверхности «режущий клин-изделие» при обработке ЦСП
1. Волженский А.В зяжущие вещества. М.:
2. Грановский
ЛИТЕРАТУРА
, Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные Стройиздат, 1973.-480 с.
Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. Высшая
школа, 1985.-304 с.
з. Резников А.Н. 288 с.
Теплофизика резания. М.: Машиностроение, 1969.-
