切削熱與切削溫度

1、砂輪切割機(jī)在切鋼材，火星四射車間里加工零件產(chǎn)生的鐵屑的顏色 精工實(shí)習(xí)的錘子及其使用的割 據(jù) 切削熱與切削溫度 1：什么是切削熱與切削溫度 2：切削熱的產(chǎn)生和傳出 3：切削溫度的測量和分布 4：影響切削溫度的主要因素 1：切削熱與切削溫度的定義 切削熱切削熱：在切削加工過程中，由于被切削材 料層的變形、分離及刀具和被切削材料間 的摩擦而產(chǎn)生的熱量。 切削溫度切削溫度：切削過程中切削區(qū)域的溫度（一 般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度）。 盡管切削熱是切削溫度上升的根源，但直 接影響切削過程的卻是切削溫度。 2：切削熱的產(chǎn)生和傳出 熱源： 1:被切削的金屬在刀具的作用下，發(fā)生彈性 和塑性變形而耗功，

2、這是切削熱的一個(gè)重 要來源。 2:切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦 也要耗功，也產(chǎn)生出大量的熱量。 因此，切削時(shí)共有三個(gè)發(fā)熱區(qū)域，即剪切 面、切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與過渡 表面接觸區(qū)，如圖示，三個(gè)發(fā)熱區(qū)與三個(gè) 變形區(qū)相對應(yīng)。所以，切削熱的來源就是 切屑變形功和前、后刀面的摩擦功。 熱量傳導(dǎo) 1：使用切削液時(shí)，刀具、工件和切屑上的切削熱 主要由切削液帶走。 2：不適用切削液時(shí) （1）車削加工時(shí)，5086%由切屑帶走， 40%10%傳入車刀，93傳入工件，1左 右通過輻射傳入空氣。切削速度越高，切削厚度 越大，則由切屑帶走的熱量越多。 （2）鉆削加工時(shí)，28的切削熱由切屑帶走， 14.5傳

3、入刀具，52.5傳入工件，5左右傳 入周圍介質(zhì)。 切削熱的計(jì)算 如果忽略進(jìn)給運(yùn)動所消耗的功，并假定主運(yùn)動所消耗的功全如果忽略進(jìn)給運(yùn)動所消耗的功，并假定主運(yùn)動所消耗的功全 部轉(zhuǎn)化為熱能，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱能，則單位時(shí)部轉(zhuǎn)化為熱能，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱能，則單位時(shí) 間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱可由下式計(jì)算間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱可由下式計(jì)算 式中式中 -單位時(shí)間產(chǎn)生的熱量，單位為單位時(shí)間產(chǎn)生的熱量，單位為J/s； -切削力，單位為切削力，單位為N； -切削速度，單位為切削速度，單位為m/s 切削熱由切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)傳導(dǎo)出去。切削熱由切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)傳導(dǎo)出去。 ee FQ e F e Q

4、影響散熱主要因素： 工件材料的導(dǎo)熱性能 工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，由 切屑和工件散出的熱就多，切削區(qū)溫度就較低，刀 具壽命提高；但工件溫升快，易引起工件熱變形 （銅和鋁）。工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，切削熱不易 從工件方面散出，加劇刀具磨損（不銹鋼）。 刀具材料的導(dǎo)熱性能 刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，切 削熱易從刀具散出，降低了切削區(qū)溫度，有利于刀 具壽命的提高（YG類硬質(zhì)合金）。 周圍介質(zhì) 采用冷卻性能好的切削液及采 用高效冷卻方式能傳導(dǎo)出較多的切削熱， 切削區(qū)溫度就較低。采用噴霧冷卻法使切 削液霧化后汽化，將能吸收更多的切削熱， 使切削溫度降低。 切屑與刀具的接觸時(shí)間 外圓車削時(shí)，切 屑形成后迅速脫離車刀

5、而落入機(jī)床的容屑 盤中，切屑傳給刀具的熱量相對較少；鉆 削或其它半封閉式容屑的加工，切屑形成 后仍與刀具相接觸，傳導(dǎo)給刀具的熱相對 較多。 3：切削溫度的測量和分布 測量方法：測量方法：熱電偶測溫法、紅外線測溫、金相組織 觀察法等。 目前應(yīng)用較廣的是自然熱電偶法和人工熱電偶法。 3-1：自然熱電偶法：自然熱電偶法 自然熱電偶法是以刀具和 工件作為熱電偶的兩極， 組成熱電回路測量切削溫 度方法。 切削時(shí)，切削區(qū)的高溫使 刀具與工件的接觸端成為 熱端，處于室溫狀態(tài)的刀具、工件的另一端則成為冷端，用導(dǎo)線將刀和 工件的冷端連接到毫伏表或電位差計(jì)上，即可將切削時(shí)產(chǎn)生的熱電勢 值測量出來。自然熱電偶法測切

6、削溫度時(shí)，須事先對刀具和工件兩種 材料組成的熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，求得熱端溫度與毫伏表讀數(shù)值之間關(guān)系 的標(biāo)定曲線，這樣在測量實(shí)際切削時(shí)的切削溫度時(shí)，便可根據(jù)毫伏表 上的讀數(shù)從標(biāo)定的曲線上查出其對應(yīng)的溫度值。 注意：測量的是平均溫度，不是指定點(diǎn)的溫度；不同材料需要標(biāo)定，所 以不方便。 3-2：人工熱電偶法：人工熱電偶法 在研究工件、刀具、刀屑上 各點(diǎn)溫度分布規(guī)律時(shí)，往往 需要了解切削區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的切 削溫度。為此，可采用人工 熱電偶法進(jìn)行測量。 人工熱電偶法是利用事先標(biāo) 定的兩種不同材料的金屬絲組成的熱電偶來測量工件、刀具上某些點(diǎn) 的溫度。 測量時(shí)，將熱端通過工件（或刀具）上的小孔固定在被測點(diǎn)上，冷端 用

7、導(dǎo)線串接在毫伏表上，由于兩金屬絲組成的人工熱電偶已事先經(jīng)過 標(biāo)定，所以在實(shí)際測溫時(shí)，根據(jù)毫伏表中的數(shù)值便可從標(biāo)定曲線上查 得其對應(yīng)的溫度值，即工件或刀具上被測點(diǎn)的溫度值。改變測量小孔 的位置并利用傳熱學(xué)原理進(jìn)行推算，可得出刀具或工件上溫度分布的 情況。 4：影響切削溫度的主要因素 1：工件材料：工件材料 工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性及熱導(dǎo)率對切削溫度有較大 的影響。 工件強(qiáng)度、硬度高，切削時(shí)的切削力大，消耗功率大，產(chǎn) 生的切削熱多，故切削溫度高。 工件的導(dǎo)熱系數(shù)對切削溫度也有很大的影響，不銹鋼 (1Cr18Ni9Ti)的強(qiáng)度、硬度雖然低于45鋼，但它的導(dǎo)熱系 數(shù)小于45鋼（約為45鋼的1/3）切

8、削溫度比45 鋼高40%。 切削脆性金屬材料時(shí)，塑性變形小，切屑呈崩碎狀態(tài)，與 前刀面的摩擦小，故產(chǎn)生的切削熱少，切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 切灰鑄鐵HT200時(shí)的切削溫度比切45鋼大約低25%。 2：切削用量 （1）.切削速度 提高切削速度，切削溫度將顯著上升。提高切削速度，切削溫度將顯著上升。 原因一原因一：切削速度提高，單位時(shí)間 的金屬切除率成正比增多，消耗的 功增大，切削熱也會增大，由切屑， 工件與刀具間發(fā)生強(qiáng)烈摩擦而產(chǎn)生大量切削熱； 故使切削溫度上升。 原因二原因二：由于切削速度很高，在很短的時(shí)間內(nèi)切屑底層的熱來不及向 切屑內(nèi)部傳導(dǎo)，而大量積聚在切屑底層，使切削溫度顯著升高。 注意注意：隨著

9、切削速度的提高到一定程度，切屑流加快，切削產(chǎn)生的熱 量來不及傳到刀具和工件上就被切屑帶走，另外，隨著切削速度提高， 切屑變形程度也相應(yīng)減小，因此切削溫度不會隨切削速度成倍增長， 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，切削溫度大約增加20%30% （2）進(jìn)給量進(jìn)給量 進(jìn)給量增大，單位時(shí)間 內(nèi)的金屬切除量增多，切 削功和由此產(chǎn)生的切削熱 增多，切削溫度上升。 當(dāng)進(jìn)給量繼續(xù)增大時(shí)， 由于切屑變形減少，散熱 條件改善，因此當(dāng)進(jìn)給量增加一倍時(shí)，切削溫度大 約升高10%。 （3）背吃刀量）背吃刀量 背吃刀量對切削溫 度的影響很小。因?yàn)?背吃刀量增大以后，切 削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖成正 比例增加，但切削刃參 加工作長度增加，散熱 條件得到改善，故切削 溫度升高并不明顯。所 以當(dāng)背吃刀量增加一倍 時(shí)，切削溫度大約升高10%。 綜上所述，切削用量對切削溫度的影響以切削速度為最大， 進(jìn)給量次之，背吃刀量最小。 （4）刀具幾何參數(shù) 1.前角前角o 前角的大小直 接影響切削過程中的 變形和摩擦，對切削 溫度有明顯影響?？?的趨勢是，前角大， 切削溫度低；前角小， 切削溫度高。當(dāng)前角 達(dá)18o20o后，對切削溫度影響減小，這是因?yàn)樾?角變小使散熱體積減小的緣故。 2.主偏角主偏角 主偏角加大后， 切削刃的工作長度 縮短，切削熱相對 地集