第三节__切削热和切削温度

1、 功削热除少量散逸在周围介质中外,其余均传入刀具、切屑 和工件中,并使它们获得一定的温度。切削温度一般指前刀面 与切屑接触区域的平均温度。 第三节 切削热与切削温度 切削热与切削温度是金属切削过程中产生的又一重要物理现象。 切削时做的功,可转化为等量的热。 研究切削热与切削温度的意义 由于切削热而引起的切削温度的升高，会使工件、机 床和刀具发生热变形，从而降低零件的加工精度和表面质 量，加剧刀具磨损，缩短刀具寿命，降低生产效率，增加 加工成本 学习目的 通过对切削热的来源、切削温度的分布及影响因素进行 研究，以便控制切削热和切削温度对切削过程的影响。 学习内容学习内容 一、一、切削热的来源切削

2、热的来源及传出及传出 二、二、切削区的温度及其分布切削区的温度及其分布 三、三、影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 1、切削热来源 所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。 3）工件与后刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 2）切屑与前刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 因此，切削时共有三个发热区域 剪切面 切屑与前刀面接触区 后刀面与过渡表面接触区 一、切削热的来源及传出 1）被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功， 这是切削热的一个重要来源。 Q 单位时间内产生的切削热（J/s）； Fc主切削力（N）； Vc切削速度（m/s）。 注：该公式中忽略了进

3、给运动所消耗的功率，且假定主运动所消耗的功全部转化为热能。 根据切削理论，切削变形和摩擦而产生的热量. 在剪切面上的塑性变形产生的热量最多。 单位时间内产生的切削热的计算公式 当用硬质合金车刀切削 的结构钢时，切削力 背吃刀量ap对切削热的影响最大，速度次之，进给量最小。 由此可见在切削用量三要素中 2、切削热的传导 是通过切屑、刀具、工件和周围介质传出（空气 或切削液）。影响切削热传出的主要因素是工件和 刀具材料的热导率以及周围介质的状况。 切削速度对切削热传散的影响： 切削速度越高，由摩擦产生的热量增多，但切屑带走的热量也增加，传 递刀刀具中的热量减少，传递到工件中的热量更少。 在高速切削

4、中，切屑的温度最高，工件和刀具的温度较低，这有利于切 削加工顺利进行。 例如，在车削钢时，干切削，其传热比力为 -50%86%,-1%。 Q屑 -40%10%，-9%3%，Q刀Q工Q介 例如，在钻削钢时，其传热比力为 -28%,-5%。 Q屑 -14.5%，-52.5%，Q刀Q工Q介 切削温度的确定以及切削温度在切屑工件刀具中分布可利用热传 导和温度场的理论计算确定，但常用的是通过试验的方法来确定。 它是切削过程中产生的切削热与切屑、工件、刀具和介质传出 的热两者综合后使切削区形成的温度 在生产中，切削热对切削过程的影响是通过切削温度起作用的。 切削区的平均温度称为切削温度。 二、二、切削区的

5、温度及其分布切削区的温度及其分布 测量切削温度的方法 热电偶法 辐射热计法 其它法 红外线干板法 刀具工件材料热电偶法（自然热电偶法） 插入刀具法 单车刀 双车刀 热电偶插入法（人工热电偶法） 插入工件材料、切屑法 辐射温度计法 Pb电池法 锗光电二极管法 红外线胶片法 热敏颜料法 热敏电阻法 量热计法 金属组织观察法 1.切削温度的测量方法 2.切削温度的分布 图为利用人工热电偶法测得刀具和工件上各点温度数据。通过热学理 论计算得出的刀具、工件和切屑的两维切削温度分布。 刀具、工件和切屑中温度分布规律 1）刀屑面温度最高且梯度大，主要是切削速度高，摩擦大，热量不易传散。 2）切削区域的最高温

6、度点在前刀面上近切削刃处。离切削刃1mm处的最高 温度约为900。该处压力高，热量集中。在后刀面上约 0.3mm处的最 高温度约为700。 3）切屑带走的热量最多，它的平均温度高于刀具、工件上的平均温度。 4）工件上最高温度在近切削刃处，平均温度较刀具上最高温度低2030倍。 切削温度高低取决于两个方面：产生的热量和散热速度。 因而，凡是能影响产生的热量和散热速度的因素均会影响切削温度的高低 在切削时影响产生热量和散热速度的因素有： 产生的热量少，散热速度高，则切削温度低；或者上述之一起主导作 用，也会降低切削温度。 1.切削用量 3.工件材料的力学与物理性能 2.刀具几何参数 5.切削液 4

7、.刀具磨损 三、三、影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 1.切削用量的影响 v f a cp 45. 035. 0 3 . 02 . 0 1 . 008. 0 170140）（ 高速钢刀具的切削温度实验公式： 硬质合金道具的切削温度实验公式 v f a cp 41.026.0 15.0 05.0 320 切削速度、进给量和背吃刀量增加，均会使切削温度升高，但三者 的影响程度不一样： 切削速度的影响最大（v增大一倍，温度升高32%），进给量次之 （18%），背吃刀量的影响最小（7%）。 1 1）因素：）因素： 切削速度增加使摩擦热增多； 进给量增大，因切削变形增加较小，刀屑接触面积增大

8、，散热条件改善， 故切削温度升高的较小； 背吃刀量增加，使切削宽度增加，显著增大了散热面积。 3 3）实际意义：）实际意义： 2 2）原因：）原因： 从降低切削温度的角度出发，切削用量的选择原则：为提高切削效率， 应优先选用较大的背吃刀量，其次增加进给量，最后确定刀具和机床性 能允许的最大切削速度。 2.刀具几何参数的影响 对切削温度影响较为明显的刀具几何参数有： 1）前角 2）主偏角 3）刀尖圆弧半径 前角0增大，使切屑变形程度减小，产生的切削热减少，因而切削温度下降。 但前角大于 1820时， 对切削温度的 影响减小，这 是因为契角变 小使散热体积 减小的缘故。 1）前角的影响规律 2）主

9、偏角的影响规律 若减小主偏角，则刀尖角 和切削刃工作长度加大，切 削面积增大，散热条件较好， 故切削温度较低；随刃偏角 r的增大，切削刃工作长度 缩短，同时刀尖角减小，散 热面积减小，温度逐渐升高， 约为75时切削温度最高。 但随刃偏角的增大，切削厚 度增大，切削变形和摩擦减 小，故切削温度降低。 3）刀尖圆弧半径的影响规律 负倒棱及刀尖圆弧半径 的增大，使切屑变形程度 增大产生的切削热增加， 但同时也使散热条件改善， 两者趋于平衡。因而负倒 棱和刀尖圆弧半径对切削 温度影响很小。 3.工件材料的影响 工件材料的强度（包括硬度）和导热系数对 切削温度的影响是很大的。由理论分析知，单 位切削力是

10、影响切削温度的重要因素，而工件 材料的强度（包括硬度）直接决定了单位切削 力，所以工件材料强度（包括硬度）增大时， 产生的切削热增多，切削温度升高。工件材料 的导热系数则直接影响切削热的导出。 由图可知，不锈钢1Crl8Ni9Ti和高温合金GHl31不但导热系数低，而且在切削的 高温下仍具有较高的强度和硬度.所以切削这类材料时切削温度很高。必须尽可 能选用导热性和耐热性都较好的刀具材料，并加注切削液冷却。HT20一40属脆性 材料，切削时金属变形小，切屑呈崩碎状，与前刀面摩擦小，产生切削热少，故 切削温度一般较切削钢料时低。 4.刀具磨损的影响 在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的 影响增大；切削速度