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1、2.5 切削热和切削温度 切削过程中重要的物理现象之一。 机械能几乎全部转换为热能，变形区温度升高。 影响前刀面摩擦系数，刀具磨损，加工精度，工件表面质量，积屑瘤等。 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 切削热的产生区域（发热区域）： 主剪切区（剪切面） 切屑与前刀面接触区 后刀面与过渡表面接触区 切削热的来源： 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，切削作功： Pc Fzv Pc单位时间切削功（切削功

2、率），或单位时间产生的切削热。 根据切削力指数经验公式 采用硬质合金刀具车削结构钢 对Pc也就是产生切削热影响最大的是ap，v次之，f最小。,切削热的传导 切削区的热量由切屑、工件、刀具和周围介质传出。 工件材料的导热特性：碳钢，钛合金。 刀具材料的导热特性。 切屑与刀具或工件的接触时间：车削，钻削。 传热比例 车削：切屑5086%，刀具4010%，工件93%，周围介质1%。 钻削：切屑28%，刀具14.5%，工件52.5%，周围介质5%。,2.5.2 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。 2）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。 3）在

3、剪切区域中，垂直于剪切面方向上的温度梯度很大。 4）在切屑靠近前刀面底层处垂直方向温度梯度很大。 5）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。 6）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 。 7）工件材料的导热性越差，刀具前、后刀面的温度越高。,2.5.3 切削温度的理论计算和测量,切削温度 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，切削温度直接影响切削过程。 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（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。 sf 移动热源热传导理论。 固

4、定热源热传导理论。,实验测量 测量方法 1）热电偶法：自然热电偶法，人工热电偶法。 2）辐射温度计法：红外辐射法、辐射热计法、PbS电池法、锗光电二极管法、红外线干板法、红外线胶片法。 3）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。,自然热电偶法,人工热电偶法（标准热电偶）,2.5.4 影响切削温度的主要因素,1）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出热量之间的差异。 切削用量对切削温度的影响： vf ap,2）刀具角度前角变大，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。,主偏角减小使切削刃工作长度增加，散热条件改善，切削温

5、度降低。,3）工件材料工件材料的强度、硬度增大，产生的切削热增多，切削温度升高。材料的导热性好，切削温度降低。,4）刀具磨损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。,5）切削液,切削液对切削温度的影响，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关。 降低切削温度：水基切削液 乳化液油基切削液 切削液 作用：冷却、润滑、清洗和防锈。 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。 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，并有一定的润滑性能，用于粗加工和磨削。 切削油：矿物油、动植物油或复合油。 润滑性

6、能好，冷却性能差，主要用于精加工。,2.5.5 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陷。 1）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，切削力降低很小。,2）切削温度对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。 最佳切削温度范围。 刀具材料越硬，切削速度越高(不适合低速切削)。 3）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。 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。 精加工、超精加工，须降低切削温度。 4）利用切削温度自动控制切削速度和进给量 5）利用切削温度与切削力控制刀具磨损,思考题,1、切削热是如何产生和传出的？