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托锟皮带机机头的设计
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材料加工技术88（1999）195-202切削温度：预测和测量方法评论马尔西奥巴奇詹姆斯达席尔瓦*，Wallbank工程系，UNI6王桂芳华威公司6项简历4月7日铝，英国1997年11月12日抽象在金属切削加工所消耗的功率在很大程度上转化为热能。多次尝试已作出预测在这个过程中涉及许多参数的函数的温度，以及许多实验的方法来衡量温度直接。一些简单的分析模型，可以用来显示，如切削速度，切削参数的影响和进给率。有没有确切的实验方法，可以用来检查分析结果。本文提出了一种审查用于测量切削温度的分析和实验方法。一些使用不同的实验结果方法。1999 Elsevier科学SA保留所有权利。关键词：金属切削加工温度;制造1。介绍加工可能是最广泛使用的过程制造，金属和合金的形成批量在这个过程中所用的材料。因此，金属切削的主题一直是许多人的关注的焦点研究人员和已产生了许多出版物。自这些材料的人开始向机，许多问题和许多解决方案和思路已经出现建议。已经取得了很大进展，在increasING的金属切除率和降低成本。提高金属切除率意味着更多的材料可以减少在较短的时间，这一直是实现增加切削速度，进给率和切削深度。在经济的方式做依赖于金属切削相关的许多领域，即机床，刀具，切割流体和材料。机床方面，有必要增加力量和准确性。同时，他们在这样的方式，以方便他们的歌剧TION，切削条件的变化，截止变化婷，刀具和工件。有些刀具材料是脆的，如陶瓷，需要使用刚性机器。功率的增加，在去除更多的材料较短的时间内产生的热量增加近切削工具的边缘，功耗金属切削主要是转换成热1,2。这由四个系统处理热消散材料：刀具，工件，该芯片形成和切削液。这意味着，刀具需要支持在可接受的磨损率较高的温度。通常情况下，由刀具实现的温度是限制加工率的因素。此任务被迫削减新材料的发展工具，可以抵御高温。此外，在有一个中断切一些操作，如工具铣床，具有抵抗热循环和机械冲击，并需要有良好的韧性。支持高切削速度。一些切割操作中使用的切削液扮演一个非常重要的作用，许多操作不能没有流体高效开展。在他们的功能3，切削液用于降温的工具，工件和机床。他们可能会采取行动作为润滑剂不能在界面的工具和芯片4根据条件。在高切削速度，*电话：+44-01203-522305。E -mail地址：esrngeng.warwick.ac.uk（M.巴奇达席尔瓦）0924-0136/99 /美元-看到前面的问题1999 Elsevier科学SA保留所有权利。有价证券投资收益：S0924-0136（98）00395-1第2页巴奇达SIL M。6 A，歼。Wallbank/材料加工技术杂志88（1999）195-202196是不可能的流体达到这个界面和一些已尝试不同的应用形式5，以及使用其他方法润滑TION，如使用气体6。如果流体的行为，作为冷却剂它会删除从切削区热量，但如果它流体作为润滑剂的行为，它会减少金额工作执行和因而产生的热量。两演戏的方式提供服务，以降低温度。发展新材料和合金被迫新的刀具材料的发展。更以上，在尊重的工作材料，一直做通过合金工具的磨损率降低某些材料。这些材料表现得像一个固体润滑剂之间的工具和接口芯片，降低了压力和产生的热量，和切削力，从而减少所做的工作7。SUL-phur和铅用于合金钢的主要原料，增加也促进其他优势，如，更容易处理芯片，例如。切削温度对刀具寿命的影响已经工作的重要组成部分的主题进行出金属切削，但产生的热量也可能影响工件表面的完整性，考试PLE。这些影响可能比工具更重要生活8,9。随着温度的根本重要性金属切削作业，已经多次尝试作出预测。一些作品简单地用一个关系船舶之间所做的工作和金属量在参与过程中获得的平均温度TURE。他人使用电脑，以帮助给分布TION的温度。用来测量方法金属切削温度并没有得到改善这么多，所以这是很难证明的理论结果在一个精确的方式。在这项工作中，定性比较可以，几个获得了一些实验结果之间在广袤的文学与此方法当一个理论主题，取得了一些成果方法应用。良好的协议，得到与实验一定条件下的理论成果，至少这些地区，它可以使用一个实验技术。材料的行为削减和其属性是负责的主要因素理论预测可能出现的错误。这项工作的下一节将介绍什么是约切削过程中产生的热量，experimental用于测量温度的方法切婷和用于计算分析理论温度和温度梯度。一些实际结果显示温度如何受切削条件和比较与理论成果。2。金属切削中产生的热量几乎所有的工作的过程中需要的地方金属切削被转换成热能。这是因为有要克服的摩擦。在一个简单的方式，总开展的工作可分为三个数量：（一）工作形成的剪切材料芯片和新的表面;（二）移动芯片在工具耙表面;及（iii）工作要移到侧面的新鲜切面面对的工具。剪切形成的材料的工作芯片涉及造成的散热内耗，而其他两个是必要的克服之间的工具和芯片或摩擦工件，可能涉及内部的摩擦，因为表面之间的扣押。所做的工作将取决于被切材料。延展性，硬度，加工硬化和热支撑erties所有工具部队上有一定的影响，以及由于温度的影响。在这些属性，除了TION刀具材料的特点，切削条件tions和几何过程，将定义的权力因此，产生的热量。在早期作品之间的关系芯片的几何尺寸，功耗和切削参数10-13，形成芯片视为一个简单的和剪切定义平面，耙代热脸被视为古典摩擦理论的基础上。刀具的后刀面所做的工作采取了考虑到，只有当有后刀面磨损。结果很好地说明了一些影响参数TERS，如倾角和切割速度。然而，剪切作用不能被视为简单的平面。同样，会发生什么耙河畔面对工具是复杂的，不能被视为因为在高应力作用于古典摩擦刀具表面14,15。作为已被证实16-18，产生的热量在工具工作界面是非常重要的关系工具的性能，特别是显着限制金属切除率。沿更大部分芯片和工具之间的接触，有这两种材料在接近扣押区联系。之间没有相对运动芯片和工具，在工具表面，根据切割速度快，在芯片流区伟大的应变和应变率或内置的边缘（低切削速度）成立。联系之间的工作物质和刀面工具将出现一个工具无磨损，可能有助于增加工作温度。新鲜切面在侧翼的运动面对工具，可以以同样的方式处理，根据切削条件和刀具磨损率。在这种情况下接触长度短。第3页巴奇达SIL M。6 A，歼。Wallbank/材料加工技术杂志88（1999）195-202197当一个内置的边缘形成，产生的热量由于芯片的运动是一种短距离刀面以上。的大小和稳定性内置的边缘上的温度控制芯片工具界面2。在这种情况下，主要conse序列是获得工作的表面光洁度差一块，这是一个因素除了要遵守刀具的磨损机制。一个示意图单点，没有内置的边缘切割操作如图。1。使用电影摄影观察切割亲塞斯，帕尔默和奥克斯利19发现，在低碳钢时在低转速下加工，主要变形区图的形式。1。在工作遄达4，有区（三）证据，但不作为延长区（I）。由刀具，该芯片热量消散形成，切削液和工件。因此，这是显而易见的，该工具被加热以及工作片，这是基本的过程。“更大的一部分热量是由于工作做在芯片形成，这些热量大部分传递到芯片，而比例进行工作材料。这一比例可能会更高的金属低利率拆除和小剪切带角度，但高利率金属去除率，这个比例是很小的。布思罗伊德20提出了一种计算方法在体内的近似平均气温上升芯片从测量工具的力量，知识热边缘的切削参数和数据工作物质的性质。再次，这是假设剪切带（I）是一个平面和芯片（ii）中所做的工作温度是独立。根据这一理论，切割速度没有芯片温度的影响很大。这可能表明没有在这个区域中的热量增加，或芯片热损失的工件或工具。这是不可能的热量由芯片中丢失工具，因为在工具的温度高于这些芯片身体。这是为什么工具更重要的是，在金属方面工作界面去除率。大部分热量产生在这一地区到的工具和芯片和旅行的工具是站进制，其温度也较高。切削液的使用这种情况下，将显示在工具很少或根本没有效果温度。在工具工作界面产生的热量会也将失去刀架，这可能会影响工件的尺寸精度。根据实现温度和刀具材料持有人，可以有扩张INF 30毫米21，为了从而影响了操作的准确性。在这情况下，切削液是有效的。在工件的温度增加由于区域中所做的工作（i）及（iii）在图。1。这些温度可能会影响的三维精确活泼的工件，因为热变形可能会导致刀具之间的位置误差表面22,23。断续切削过程中产生的热量是刀具寿命控制的重要参数。热以同样的方式产生，但在变化温度是周期性的，在积极增加时间和减少在活动时间24-27。这种波动造成的切削热疲劳工具和工具的影响，有助于提高失败的可能性28,29。3。在金属切削温度测量在计算温度的困难和在切削区的温度梯度，甚至简单的条件下，强调的实用方法测量温度。为了评估所产生的温度在切割区，一些技术已经开发在过去70年30。这些技术大多是用于测量刀具的温度。最广泛使用的方法是工具工作热电偶2,31。这种方法是在显示有用切削条件，如切割速度快，效果和进给率，但绝对值是不准确的。在这种方法，之间产生的热电EMF测量工具和工件在切割。切削区形成热结，而电气连接到一个寒冷的工具的一部分，工件形成的冷端。工具和工作一块需要进行电气绝缘从机工具。关注的是，这种方法的困难精确的校准工具的必要性和作为热电偶对工件材料32,33。存在温度梯度沿接触芯片的工具，它是不确定的，是否热电偶测量的最低温度这个接口，或平均值。因此34，在该工具的工作热电偶测量的数量图1。正交切削中产生的热量区。第4页巴奇达SIL M。6 A，歼。Wallbank/材料加工技术杂志88（1999）195-202198方法是间平均热电电动势刀具和工件之间的脸。一般情况下，这个电动势不对应的平均界面温度，在这种情况下，只有当温度是统一的，或如果的热电EMF工具工作材料组合线性变化温度。另一种方法用来测量温度在梯度工具，插入thermocou样品35。它是使用小直径的热电偶，关系到可能获得好成绩的TEM由许多小工具中的温度梯度孔在不同的位置。这里的缺点是这是不可能把非常接近的热电偶切割边缘，那里有高温梯度。随着刀具材料，如用于陶瓷，高速切削，脆性和电气电阻距离是明显的，使其难以实施如36以上所述的接触式传感器。一个非常有趣的方法来测量在刀面线工具的使用温度不同的材料和工件工具37。这根电线插入工件小直径成孔和绝缘。何时材料被切断，这也将被加工线，并且，当这一切发生的时候形成一个热电偶之间的电线和工具。至于结果获得刀具后刀面的温度是切削速度，进给速度和深度影响不大切。碳素钢，例如，温度获得了约400C时，独立的工具材料。通过这种方法获得的温度低于当使用工具工作热电偶方法。这种方法的错误出现在切削区发生的事情的不确定性当它被感动的热电偶。此外，接触的时间很短。一种方法是由Kato等。38测量工具，该工具内的温度分布通过罚款的权力，有一个固定的熔点点。该工具被分为两个对称的部分芯片的流动方向平行和细粉散落在划分表面的一侧。“工具，然后放在一起，用来切割。“使用不同的温度分布规律融化程度的粉末和意见领域。使用这种方法展示了一些成果，温度往往在一个点上逐渐被吸收远离尖端，但很快在尖端的，所需时间约1-2分钟。获得的温度梯度是有点不同从该用其他方法获得。在刀具的温度分布可能通过使用在变化的信息钢刀具的硬度和微观结构39。这是必要校准工具的硬度对加热温度和时间，样本在相应的温度下的结构变化。这些方法允许的温度测量在925C热影响区域内的准确性。然而，这些方法是艰巨和困难使用40。由测量温度测量的技术有时辐射surement是非常有用的，在OB泰宁工件表面的温度，芯片和工具41-46。此方法提供信息TION只暴露表面的温度，虽然一些实验技术的企图侧翼或测量温度分布通过小孔的工具刀面工件47,48。然而，这些小孔改变如果处理断续切削，这是令人怀疑的温度测量是相同的，对于非跨rupted切割。辐射的方法是非常复杂和只适合于实验室研究。格外小心需要组装和使用的辐射pyrome之三49和检测到的最低温度是使用这些设置的限制因素。今天有更简单与快速反应的红外传感器有没有申请最低气温在金属切削加工。最近使用红外线传感器的应用测量过程中加工表面的温度ING切割已出版50。基本上方法包括测量温度略低于尖端加工表面。“温度的测量3，6和9毫米以下切割和然后使用结果来推断前沿。的方法，先干开发被修改的条件下，到时切削液是用来应用。一些使用这种方法的结果在第5节。另一种方法涉及使用热敏感tive油漆给出的结果，但他们没有考虑到准确42。4。温度分布的分析模型有许多分析治疗2,51-53，有限元法36,54-61和边界元素MENT方法，热传导与移动62固定热源，一起运动，几何和精力充沛的金属切削方面的过程。在分析模型，它经常被认为在一个剪切动作瞬间形成芯片面（剪切带）。此外，该芯片的工具界面被假定为一个统一的平面与热产生ated是由于两个表面之间的摩擦。“第5页巴奇达SIL M。6 A，歼。Wallbank/材料加工技术杂志88（1999）195-202199雄狮和肖的分析51假设剪切摩擦能量分布均匀，并有没有热剪切能量的再分配要在很短的时间内芯片芯片是在与工具接触。相对重要性几个变量影响的工具面温度tures进行了讨论。结果解释温度高观察加工peratures的钛合金。斯蒂芬森52，松弛方法的工作应用于工件和剪切面温度TURE的问题，能解决数值材料在热传导方程垂直方向固定热源。“在完整的工件的温度分布和芯片获得。罗卡斯托等。53认为：热传导转移的方向莫可以忽略不计，因而工件或芯片TION解决相同的方程。有限元分析罗卡斯托等。53主帐户和辅助区域是有限的大小，并获得TEM-peratures为工件比发现低的史蒂芬森52。利用有限元分析，Muraka等。56在vestigated多个过程变量的影响刀具后刀面的温度分布和前刀面。生成率计算一些实验的方法来衡量在应变小学和中学的变形区。一个经验CAL表达用于有关的流动应力材料切割和应变，应变率和温度温度可能出现的错误，由于这个结果测量和估算。得到的结果很有意思，显示主要的影响变量。例如，最高温度沿刀具后刀面，类似沿工具表面发生在一些尖端的距离，增加切割速度和进给率。据Chan和钱德拉63，热能计算从一些受摩擦阻力因素。材料性能都在不断变化和困难也试图量化时真正的接触面积。西蒙6分析了热的依赖失败的刀具上的温度梯度。这是建议冷却面下部的工具，它是可能增加的温度梯度切割表面，从而降低磨损程度工具。之间的工具和接触的影响工件被认为是唯一的，如果有后刀面磨损。这些作品都是很基本的使用强大的工具。结果给一个极好的主意涉及的参数的影响力和重要性这一进程。这是困难的，但是，以确认这些模型实验方法。图2。切割速度快，饲料和切削温度的流体的影响64。5。温度和切削条件温度有关工作的重要组成部分一直专注于金属切削刀具温度分析模型，这是由于磨损工具被许多研究者的关注;磨损是在切削区的温度敏感。在切削区的温度会受到影响切削条件：切割速度快，饲料率，切的深度和刀具几何形状。它也将取决于工件材料的性能，以及工具的物理性能。有在许多文献，同时分析和结果实验，对切割的影响温度的工具，工作条件片或芯片。温度的升高，因为正在产生更多的热量和/或集中在小面积/或更少的热量正在消散。雅阁ING到这个切削条件的影响（切割速度，进给率和切削深度）将增加温度。不太明显的效果，这些工具几何形状，材料（工件，刀具）和切割流体。使用该工具的工作热电偶法，结果获得低合金64（如图2）工程钢加工用硬质合金刀具。温度测量的切割功能三种不同的进给率和速度相比干切削和使用水切割的结果切削液。结果给予有关的好主意温度值的实现工具，以及一些切削条件的影响。所用的水作为冷却剂和切割效果减少速度增加。随着温度的影响适当的材料的关系，后者成为容易变形在较高的温度。使用切削液时，改变材料的性能，在相同的方式。它似乎，实现平衡是-之间的切削液的作用和热这些切削条件下的一代。第6页巴奇达SIL M。6 A，歼。Wallbank/材料加工技术杂志88（1999）195-202200使用简单，可以得到相同的趋势分析的方法来确定近似TEM温度在芯片工具界面51。在这个热地区来自移动芯片进行工作在刀面，所以是一个贡献检区和滑动区。错误会产生事实上，这是不可能区分这两个地区和需要测量应变检区。用于获取样品的方法衡量这些应变是快速停止的方法，设备很快脱离工具当它被削减。这使得冻结切割区，但做一些损害。这两个实验-受精神和分析方法存在一个内置的边缘。一些工程usied金相技术和在工具的硬度变化显示分布bution温度的工具。根据这些结果，最高温度刀面从尖端的远程工具。一个例子是如图。3。臼井等。65，同样的模型温度分布，即较高的温度在刀具的前刀面peratures远程从前沿。类似的分布时，得到的有限元应用模型。最高温度是在一些尖端的距离和良好的同意，MENT获得的实验结果57。“在分布格局上的差异是在附近的前沿地区，在计算给温度较低的值。这些分布的温度一直前plained在刀具扣押区接口。据文献4，形成一个火山口上刀具的前刀面将开始在该地区较高的温度。这里面有许多材料和切削条件，虽然有些材料从上面的模型是有很大的差别。图4结果显示，使用同样的方法为高浓度电导率铜。结果可以解释的延展性高检区，如果形成了铜，延长工具的尖端。一般来说，结果表明，对于一个固定的组合刀具和工件，模具温度将AF-图4。刀具的前刀面的温度分布时切削高导电性的铜4。染病由程度之间的接触长度芯片和工具。气温将增加接触长度。因此，参数影响，会影响本区温度42。一例如，润滑剂，会影响温度接口，如果它降低检区。图5代表马查多等所取得的成果等。66，其中之间的接触长度的影响芯片和工具进行了研究正交切割铝合金。切削条件保持常数（切削速度120 m最低-1，深度切割1.59毫米）和不同的接触获得了长度的限制刀具的后刀面。这些结果可以比扣押区大小的影响，这意味着，如果润滑剂工具芯片的接口实现，效果会下降和产生的热量在降低温度。第3节中，提到使用红外传感器干切割加工表面温度AISI1040钢婷测量结果介绍图。6。为了获得温度接近通过外推法，测量，在尖端至少有三个不同的立场是必要的。图6（a）所示后开始的温度变化使用V以下的切割边缘切割3毫米= 40m最低-1，F= 0.15毫米转-1切= 2毫米的深度。图5。不同的接触长度和进给率的温度66。图3。工具4前刀面的温度分布。第7页巴奇达SIL M。6 A，歼。Wallbank/材料加工技术杂志88（1999）195-202201图6。对AISI1040钢的表面温度在40加工m最低-1三种不同的进给率：（一）温度在在0.15毫米转切割-1和3毫米以下的前沿;（二）推断的结果50。芯片工具界面，这个工具的工作热夫妇是最好的方法。它给人的方面与切削参数，如温度变化趋势，切削速度，进给率和切削深度。红外线的方法给出了一个很好的迹象工件的最高温度，以及其冷却速度。通过武力和应变的测量，它是估计期间的工作进行了切婷。该系统实现了温度可以一个粗略的近似计算，考虑完成这项工作被转换成热量，消退的工具，芯片和工件。“切削液的应用系统增加了更多的测量温度的问题的难度。参考文献1 MB贝沃，急诊马歇尔的LB Ticknor，能量储存在在正交切削的金属屑，APPL物理学。24（1953）1176年至1179年。2肖管委会，金属切削原理，牛津大学出版社，伦敦，1984年，594页国际标准书号0-19-859002-43中频莫塔，AR马查多，科尔特Fluidos：Tipos，FuncoESseleaO中，Mtodos的AplicaaOEManutenaO，Mquinasmetais（1995年9月）第44-56（葡萄牙）。4特伦特电磁，金属切削，第二版，巴特沃思，伦敦，书号0-408-10856，1984年，245页。5的Ti6A14V和Inconel 901加工与AR马查多，高压冷却系统，博士论文，大学战争灯芯，英格兰，英国，1990年。6 AT西门，Regrigerante第Usinagem：液体北京时间取代基，IDO pelo氩气，MquinasMetais（1992年2月）（葡萄牙）。7杂木智者，R. 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