管道工艺系统的热源及其传递热变形是切削加工中工艺系统受热而引起的变形。
在机械加工过程中,工艺系统在各种热源的影响下常产生复杂的变形,破坏20#弯头与切削刃相对的正确位置,从而产生加工误差。
据统计,在精密加工中,由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%-70%。高效、高精度、自动化加工技术的发展,使工艺系统热变形间题变得更为突出,已成为机械加工技术进一步发展的一个重要的研究课题。
1. 工艺系统的热源
热总是由高温处向低温处传递。热的传递方式有三种:热传导、对流传热和辐射传热。引起工艺系统的热变形的热源可分为内部热源和外部热源两大类。
内部热源主要是切削热和摩擦热,它们产生于工艺系统内部,属于传导传热。切削过程中,切削层金属的弹塑性变形及刀具、20#弯头与切屑间的摩擦所消耗的能量,绝大部分(约99.5%)转化为切削热。这些热量将传到20#弯头、刀具、切屑和周围介质中去。当不加切削液时,一般车、铣、创削加工传给20#弯头的热好约占10%-40%,传给刀具的热瞿在5%以下,大量的切削热(50%-80%)由切屑带走。钻孔时传给20#弯头的热批较多,约占50%以上,传入切屑的约为30%,传给刀具的约为15%。磨削时传给20#弯头的热量较多,约占84%,传入磨屑的约为4%,传给砂轮的约为12%。可见,切削热是刀具和20#弯头热变形的主要热源。摩擦热主要由机床和液压系统中的运动部分产生,如电动机、轴承、齿轮等传动副、导轨副、液压泵、阀等运动部分产生的摩擦热。尽管系统内摩擦热比切削热少,但有时会使工艺系统某个局部产生较大的热变形,破坏工艺系统的原有几何精度。部分切削热由切削液和切屑带走,当它们落到床身上时,也把热量传给床身。形成二次热源(即派生热源)。此外,靡擦热还通过润滑油的循环散布到各处。这些是主要的二次热源,它们对机床热变形也有较大影响。外部热源主要是指环境温度和各种热辐射,属于对流传热,它对大型和精密件的加工影响较大。外部热源主要是指外部环境温度的变化和辐射热,如日光照射的部分与未被照射的部分之间产生温度差,从而使机床产生变形。
2. 工艺系统的热传递与热平衡
工艺系统受各种热源的影响,其温度会逐渐升高。同时,它们也通过各种传热方式向周闱散发热量。当单位时间内传入和散发的热量相等时,工艺系统达到了热平衡状态,而丁艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。
由于作用于工艺系统各组成部分的热源,其发热的数好、位置和作用时间各不相同,各部分的热容量、散热条件也不一样,因此各部分的温升不等。即使是同一物体,处于不同空间位置上的各点在不同时间的温度也是不等的。物体中各点温度的分布称为温度场。当物体未达到热平衡时,各点温度不仅是坐标位置的函数,也是时间的函数。这种温度场称为不稳态温度场。
物体达到热平衡后,各点温度将不再随时间而变化,而只是其坐标位置的函数,这种温度场则称为稳态温度场。此时的工艺系统稳定,利于保证20#弯头的加工精度。