Физические основы процесса обработки. Виды теплообмена в технологических системах.
Резание – процесс местного сжатия и сдвига материала режущим клином (резцом) с последующим образованием стружки. Целью этого процесса является придание обрабатываемой заготовке нужной формы размеров и чистоты поверхности.
В процессе резания имеют место следующие явления:
1. деформирование металла (упругое и пластическое)
2. наростообразование
3. выделение большого количества теплоты (тепловые явления)
4. упрочнение обрабатываемого материала
5. износ режущего инструмента.
Различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. Теплопроводность – это процесс распространения тепловой энергии при непосредственном соприкосновении тел или отдельных частей тела, имеющих разные температуры, например, заготовки, инструмента и деталей технологического оборудования. Конвекция – это процесс перемещения объемов жидкости или газа в пространстве из одной области в другую, отличающихся разной температурой. Конвекция тепла всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа неизбежно соприкосновение их частиц, имеющих различные температуры. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом. Тепловое излучение – это процесс распространения тепла в виде электромагнитных волн с взаимным превращением тепловой энергии в лучистую и обратно.
Теплообмен в твердых телах. Конвекция и тепловое излучение. Тепловые процессы при обработке материалов.
|
|
|
Классификация тепловых процессов
Различают три основных формы теплообмена – теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.
Теплопроводность – это перенос тепла вследствие беспорядочного движения микрочастиц (атомов, молекул) непосредственно соприкасающихся друг с другом.
Тепло распространяется по всему телу со скоростью, зависящей от свойств тела и разности температур между отдельными его участками. В твердых телах теплопроводность является основным видом распространения тепла.
Конвекцией называется перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.
Перенос тепла возможен в условиях естественной (свободной) конвекции, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости (газа), или в условиях вынужденной конвекции при принудительном движении всего объема жидкости (газа).
Практически чистого конвективного переноса тепла не бывает. Поскольку движущаяся часть жидкости (газа) находится в соприкосновении с менее нагретой, то конвективный перенос тепла всегда сопровождается теплопроводностью. Такой совместный перенос тепла называется конвективным теплообменом.
|
|
|
Тепловое излучение – перенос энергии с помощью электромагнитных волн инфракрасной части спектра.
Чаще всего на практике теплообмен происходит между потоком жидкости или газа и поверхностью твердого тела, он называется конвективной теплоотдачей. Теплообмен между двумя средами через разделительную стенку называют теплопередачей.
В действительности при теплообмене имеют место все три способа передачи тепла в совокупности. При этом один из способов может быть преобладающим. Изучение процесса теплообмена представляет собой сложную задачу и основывается на закономерностях «чистых» способов распространения тепла.
Тепловыми процессами называются такие технологические процессы, в которых материал нагревается или охлаждается, а скорость их протекания определяется скоростью подвода или отвода тепла.
К тепловым процессам относятся:
нагревание – процесс повышения температуры материала путем подвода тепла;
охлаждение – процесс понижения температуры материала путем отвода тепла;
испарение – процесс перевода жидкости в парообразное состояние путем подвода тепла;
конденсация – процесс перевода пара в жидкое состояние путем отвода тепла.
|
|
|
Баланс теплоты при резании металлов.
Процесс резания металловвсегда сопровождается значительным теплообразованием. Тепло возникает в зоне стружкообразования из-за пластического деформирования, сдвигов и отрыва металла (внутреннее тепло); трения стружки о переднюю поверхность инструмента и задних поверхностей инструмента о заготовку. Благодаря большой скорости перемещения стружки по передней поверхности инструмента и трения задней поверхности о заготовку в зоне контактов концентрируется большое количество тепла, разогревая прирезцовый слой стружки до температуры 800 — 1200°С. Металл переходит в пластическое состояние, вследствие чего создаются условия для трения скольжения.
Многочисленными и тщательными исследованиями различными методами: термопарами, оптическим, калориметрическим и другими установлено, что образовавшееся тепло распределяется между стружкой (25 — 80%), заготовкой (10 — 50%) и инструментом (2 — 8%). Часть тепла излучается в окружающую среду. Вся работа резания переходит в тепло, причем установлено следующее уравнение баланса тепла:
Qд + Qпп + Qзп = Q1 + Q2 + Q3 + Q4,
где Qд — количество тепла от деформации в срезаемом слое; Qпп — количество тепла от трения стружки по передней поверхности инструмента;Qзп — количество тепла от трения задних поверхностей инструмента о заготовку; Q1 — количество тепла, переходящего в стружку; Q2 — количество тепла, переходящего в заготовку; Q3 — количество тепла, переходящего в инструмент; Q4 — количество тепла, переходящего в окружающую среду.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 599; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!