机械制造技术基础课件贾振元lecture8

1、2.5 2.5 切削热和切削温度切削热和切削温度切削过程中重要的物理现象之一。切削过程中重要的物理现象之一。材料塑性变形而形成新表面，机械能几乎全部转材料塑性变形而形成新表面，机械能几乎全部转换为热能，变形区温度升高。换为热能，变形区温度升高。影响前刀面摩擦系数，刀具磨损，加工精度，工影响前刀面摩擦系数，刀具磨损，加工精度，工件表面质量，积屑瘤等。件表面质量，积屑瘤等。分析工件加工质量和刀具寿命。分析工件加工质量和刀具寿命。2.5.1 切削热的产生和传导切削热的产生和传导n切削热的产生切削热的产生切削热的产生区域（发热区域，热源）：切削热的产生区域（发热区域，热源）：主剪切区（剪切面）主剪切区

2、（剪切面）切屑与前刀面接触区切屑与前刀面接触区后刀面与过渡表面接触区后刀面与过渡表面接触区切削热的来源：切削热的来源：第一变形区的切屑变形功第一变形区的切屑变形功第二变形区切屑与前刀面的摩擦功第二变形区切屑与前刀面的摩擦功第三变形区工件与后刀面的摩擦功第三变形区工件与后刀面的摩擦功切削塑性材料，变形、摩擦强烈，发热多。切削塑性材料，变形、摩擦强烈，发热多。切削脆性材料，后刀面摩擦热量增大。切削脆性材料，后刀面摩擦热量增大。理想刀具，忽略后刀面摩擦功，切削做功：理想刀具，忽略后刀面摩擦功，切削做功：pc fzvpc单位时间单位时间切削功（切削功率），或单位时切削功（切削功率），或单位时间产生的切

3、削热。间产生的切削热。根据切削力指数经验公式根据切削力指数经验公式 采用硬质合金刀具车削结构钢采用硬质合金刀具车削结构钢对对pc也就是产生切削热影响最大的是也就是产生切削热影响最大的是a ap，v次之，次之，f最小。最小。fffzzzzzxynzfpffc afvkn切削热的传导切削热的传导切削区的热量由切屑、工件、刀具和周围介质传切削区的热量由切屑、工件、刀具和周围介质传出。出。工件材料的导热特性：碳钢，钛合金。工件材料的导热特性：碳钢，钛合金。刀具材料的导热特性：高速钢，陶瓷。刀具材料的导热特性：高速钢，陶瓷。切屑与刀具或工件的接触时间：车削，钻削。切屑与刀具或工件的接触时间：车削，钻削。

4、传热比例传热比例车削：切屑车削：切屑505086%86%，刀具，刀具404010%10%，工件，工件9 93%3%，周围介质周围介质1%1%。钻削：切屑钻削：切屑28%28%，刀具，刀具14.5%14.5%，工件，工件52.5%52.5%，周围周围介质介质5%5%。2.5.2 切削温度的理论计算和测量切削温度的理论计算和测量n切削温度切削温度前刀面与切屑接触区域的平均温度。前刀面与切屑接触区域的平均温度。切削热是切削温度升高的根源，切削温度直接影切削热是切削温度升高的根源，切削温度直接影响切削过程。响切削过程。n理论计算理论计算前刀面接触区平均温度可以近似地认为是剪切面前刀面接触区平均温度可以

5、近似地认为是剪切面（第一变形区）的平均温度和前刀面与切屑接（第一变形区）的平均温度和前刀面与切屑接触区域（第二变形区）摩擦温度之和。触区域（第二变形区）摩擦温度之和。sf移动热源热传导理论。移动热源热传导理论。固定热源热传导理论。固定热源热传导理论。n实验测量实验测量测量方法测量方法1 1）热电偶法：自然热电偶法，人工热电偶法。）热电偶法：自然热电偶法，人工热电偶法。2 2）辐射温度计法：红外辐射法、辐射热计法、）辐射温度计法：红外辐射法、辐射热计法、pbspbs电池法、锗光电二极管法、红外线干板法、电池法、锗光电二极管法、红外线干板法、红外线胶片法。红外线胶片法。3 3）其他方法：热敏颜料法

6、、热敏电阻法、量热）其他方法：热敏颜料法、热敏电阻法、量热计法、金属组织观察法。计法、金属组织观察法。 自然热电偶法自然热电偶法 人工热电偶法（标准热电偶）人工热电偶法（标准热电偶）2.5.3 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）切削用量切削温度的高低取决于切削过程中产生热量与传切削温度的高低取决于切削过程中产生热量与传出热量之间的差异。出热量之间的差异。切削用量对切削温度的影响：切削用量对切削温度的影响：vf a ap 2）刀具角度）刀具角度前角变大，变形和摩擦变小，切削温度降低。前角变大，变形和摩擦变小，切削温度降低。前角过大，刀头散热体积减小，不利于切削温度降低。前

7、角过大，刀头散热体积减小，不利于切削温度降低。主偏角减小使切削刃工作长度增加，散热条件改主偏角减小使切削刃工作长度增加，散热条件改善，切削温度降低。善，切削温度降低。3 3）工件材料）工件材料工件材料的强度、硬度增大，产生的切削热增多，工件材料的强度、硬度增大，产生的切削热增多，切削温度升高。切削温度升高。材料的导热性好，切削温度降低。材料的导热性好，切削温度降低。4）刀具磨损）刀具磨损后刀面磨损达到一定值后，对切削温度的影响增后刀面磨损达到一定值后，对切削温度的影响增大。切削速度越高，影响越明显。大。切削速度越高，影响越明显。5）切削液）切削液n切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性切削液

8、对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热容、流量、浇注方式和本身的温度有能、比热容、流量、浇注方式和本身的温度有关。关。n降低切削温度：水基切削液降低切削温度：水基切削液 乳化液油基乳化液油基切削液切削液n切削液切削液作用：冷却、润滑、清洗和防锈。作用：冷却、润滑、清洗和防锈。水溶液：水加防锈剂，呈透明状。水溶液：水加防锈剂，呈透明状。冷却性能好，润滑性差，常在磨削中使用。冷却性能好，润滑性差，常在磨削中使用。乳化液：乳化油用水稀释而成，呈乳白色。乳化液：乳化油用水稀释而成，呈乳白色。具有良好的冷却和清洗性能，并有一定的润滑性具有良好的冷却和清洗性能，并有一定的润滑性能，用于粗加工和磨削。能

9、，用于粗加工和磨削。切削油：矿物油、动植物油或复合油。切削油：矿物油、动植物油或复合油。润滑性能好，冷却性能差，主要用于精加工。润滑性能好，冷却性能差，主要用于精加工。2.5.4 切削温度的分布切削温度的分布1）第一变形区剪切面上各点温度基本相同。）第一变形区剪切面上各点温度基本相同。2）前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，）前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是在离开刀刃有一定距离的地方。而是在离开刀刃有一定距离的地方。3）在剪切区域中，垂直于剪切面方向上的温度）在剪切区域中，垂直于剪切面方向上的温度梯度很大。梯度很大。4）在切屑靠近前刀面底层处垂直方向温度梯度）在切屑靠近前刀面底

10、层处垂直方向温度梯度很大。很大。5）后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是）后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短的时间内完成。在极短的时间内完成。6）工件材料塑性越大，切削温度的分布越均匀；）工件材料塑性越大，切削温度的分布越均匀；工件材料脆性越大，最高温度点离刀刃越近工件材料脆性越大，最高温度点离刀刃越近 。7）工件材料的导热性越差，刀具前、后刀面的）工件材料的导热性越差，刀具前、后刀面的温度越高。温度越高。2.5.5 切削温度对工件、刀具和切削过程的影响切削温度对工件、刀具和切削过程的影响切削温度高是刀具磨损的主要原因。切削温度高是刀具磨损的主要原因。切削温度会使加工精度降低。切削

11、温度会使加工精度降低。切削温度会使已加工表面产生残余应力和其他缺切削温度会使已加工表面产生残余应力和其他缺陷。陷。1 1）切削温度对工件材料强度和切削力的影响）切削温度对工件材料强度和切削力的影响变形速度引起的材料强度增加，抵消切削温度引变形速度引起的材料强度增加，抵消切削温度引起的材料强度降低。起的材料强度降低。对第一变形区的应力应变状态影响很小，对切屑对第一变形区的应力应变状态影响很小，对切屑底层的材料剪切强度影响较大。底层的材料剪切强度影响较大。加热切削，切削力降低。高速切削，切削力下降加热切削，切削力降低。高速切削，切削力下降不多。不多。2 2）切削温度对刀具材料性能的影响）切削温度对

12、刀具材料性能的影响切削温度增加，硬质合金韧性提高，不易崩刃。切削温度增加，硬质合金韧性提高，不易崩刃。最佳切削温度范围，刀具寿命最高。最佳切削温度范围，刀具寿命最高。刀具材料越硬，切削速度越高刀具材料越硬，切削速度越高( (不适合低速切削不适合低速切削) )。3 3）切削温度对工件尺寸精度的影响）切削温度对工件尺寸精度的影响工件受热膨胀，直径发生变化，影响加工精度。工件受热膨胀，直径发生变化，影响加工精度。刀杆受热膨胀，实际背吃刀量增加，直径减小。刀杆受热膨胀，实际背吃刀量增加，直径减小。工件受热变长，发生弯曲，直径变化。工件受热变长，发生弯曲，直径变化。精加工、超精加工，必须降低切削温度。精加工、超精加工，必须降低切削温度。4 4）利用切削温度自动控制切削速度和进给量）利用切削温度自动控制切削速度和进给量5 5）利用切削温度与切削力控制刀具磨损）利用切削温度与切削力控制刀具磨损思考题思考题1、切削热是如何产生和传出的？仅从切削热产、切削热是如何产