Процесс резания металлов всегда 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.
Получившееся в процессе резания тепло распространяется с определенной скоростью в заготовку и инструмент в зависимости от теплопроводности металлов. Распределение тепла зависит от скорости резания. С увеличением скорости резания количество тепла, отводимого в заготовку, уменьшается, а в стружку и резец—увеличивается и наоборот (рис. 257).
Рис. 257. Распределение теплоты резания в зависимости от скорости резания.
Тепло не может глубоко распространиться в материал резца ввиду кратковременности нахождения стружки на передней поверхности, но на глубине нескольких сотых миллиметра температура может достичь точки плавления обрабатываемого материала. Это значительно снижает износостойкость инструмента или делает его неработоспособным. Нагрев резца и стружки в значительной мере зависит от подачи: чем больше подача, тем больше нагрев резца и стружки.
Нагрев резца вызывает понижение твердости и создает условия для его ускоренного износа. Процесс резания необходимо вести так, чтобы выделяющееся тепло не перегревало инструмент. Этому в значительной мере способствует применение смазочно-охлаждающих жидкостей.
