金屬切削熱與切削溫度教學(xué)課件

金屬切削熱與切削溫度歡迎來到金屬切削熱與切削溫度的專題講座。本課程將深入探討切削過程中的熱量產(chǎn)生、分布及其影響，為提高加工效率和質(zhì)量提供理論基礎(chǔ)。前言切削熱的重要性切削熱直接影響加工質(zhì)量、效率和刀具壽命。溫度控制的挑戰(zhàn)高速切削下溫度控制尤為困難，需要特別關(guān)注。課程目標(biāo)掌握切削熱的基本理論，學(xué)習(xí)溫度測量和控制方法。金屬切削熱的形成塑性變形金屬在剪切區(qū)發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生大量熱量。摩擦熱刀具與工件、切屑之間的摩擦產(chǎn)生熱量。新表面生成切削過程中新表面的形成也會(huì)釋放少量熱量。熱量的發(fā)生1塑性變形熱約占總熱量的75%2摩擦熱約占總熱量的20%3新表面生成熱約占總熱量的5%熱量的分布切屑約75%的熱量被切屑帶走，是主要的散熱途徑。工件約20%的熱量傳入工件，可能影響加工精度。刀具約5%的熱量傳入刀具，影響刀具壽命。環(huán)境少量熱量散入周圍環(huán)境，影響較小。切削溫度的定義切削區(qū)平均溫度指切削過程中，切削區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)溫度的平均值。這個(gè)溫度反映了整個(gè)切削過程的熱狀態(tài)。瞬時(shí)最高溫度切削過程中某一時(shí)刻、某一點(diǎn)出現(xiàn)的最高溫度。通常出現(xiàn)在刀具和切屑接觸的區(qū)域。切削溫度的影響因素切削速度速度增加，溫度升高。切削深度深度增加，溫度升高。進(jìn)給量進(jìn)給增加，溫度升高。材料特性硬度增加，溫度升高。切削溫度的測量方法1熱電偶法利用熱電效應(yīng)測量溫度，精度高但安裝復(fù)雜。2紅外測溫法非接觸式測量，可實(shí)時(shí)監(jiān)測大面積溫度分布。3溫度敏感漆法簡單直觀，但只能測量最高溫度。4金屬熔點(diǎn)法利用金屬熔點(diǎn)估算溫度，精度較低。刀具溫度的測量1嵌入式熱電偶在刀具內(nèi)部嵌入熱電偶，可準(zhǔn)確測量刀尖溫度。2紅外熱像儀可實(shí)時(shí)監(jiān)測刀具表面溫度分布，操作簡便。3溫度敏感涂料涂抹在刀具表面，根據(jù)顏色變化判斷最高溫度。工件溫度的測量嵌入式傳感器在工件內(nèi)部預(yù)埋溫度傳感器，精確測量內(nèi)部溫度。表面熱電偶在工件表面安裝熱電偶，測量表面溫度變化。紅外測溫儀非接觸式測量工件表面溫度，適用于旋轉(zhuǎn)工件。切屑溫度的測量熱電偶法在切屑流出路徑上安裝熱電偶，測量瞬時(shí)溫度。紅外熱像儀可捕捉切屑溫度分布，但需考慮發(fā)射率影響。金屬熔點(diǎn)法利用不同熔點(diǎn)金屬片估算切屑最高溫度。高速攝像分析結(jié)合熱像技術(shù)，分析切屑形成過程中的溫度變化。切削溫度的特點(diǎn)溫度分布不均勻切削區(qū)域溫度分布極不均勻，刀尖附近溫度最高。溫度變化快速切削過程中，溫度升降速度非?？欤矔r(shí)變化明顯。溫度影響廣泛切削溫度影響刀具壽命、工件質(zhì)量和加工精度等多個(gè)方面。高速切削下的切削溫度1溫度急劇升高切削速度增加，溫度呈非線性上升。2溫度分布集中高速下熱量難以擴(kuò)散，溫度分布更加集中。3冷卻難度增加傳統(tǒng)冷卻方法效果下降，需采用特殊冷卻技術(shù)。4材料性能變化高溫導(dǎo)致材料軟化，改變切削機(jī)理。切削參數(shù)對溫度的影響切削速度速度增加，溫度顯著上升。但增速減緩。切削深度深度增加，溫度適度上升。影響次于速度。進(jìn)給量進(jìn)給增加，溫度略有上升。影響相對較小。切削液對溫度的影響冷卻作用切削液直接帶走熱量，降低切削區(qū)溫度。潤滑作用減少摩擦，間接降低熱量產(chǎn)生。清潔作用沖走切屑，防止熱量積累。限制高速切削時(shí)，切削液難以進(jìn)入切削區(qū)，效果下降。刀具材料對溫度的影響硬質(zhì)合金耐熱性好，適用于高速切削。溫度影響相對較小。高速鋼耐熱性較差，高溫下易軟化。溫度影響顯著。陶瓷耐熱性極佳，可在高溫下保持硬度。溫度影響小。金剛石導(dǎo)熱性好，有利于熱量散發(fā)。適合精密加工。工件材料對溫度的影響金屬材料硬度越高，切削溫度越高。不銹鋼、鈦合金等難加工材料切削溫度較高。非金屬材料如塑料、復(fù)合材料等，切削溫度較低，但易受熱影響變形。切削熱對刀具的影響1硬度下降高溫導(dǎo)致刀具材料軟化2磨損加劇熱磨損和粘結(jié)磨損增加3熱裂紋溫度循環(huán)導(dǎo)致疲勞裂紋4化學(xué)反應(yīng)高溫促進(jìn)刀具與工件反應(yīng)5壽命縮短綜合影響導(dǎo)致刀具壽命降低切削熱對工件的影響尺寸精度熱膨脹導(dǎo)致加工誤差增大。表面質(zhì)量高溫可能導(dǎo)致表面粗糙度增加。金相組織局部高溫可能改變表層金相結(jié)構(gòu)。殘余應(yīng)力不均勻溫度分布引起殘余應(yīng)力。切削熱對切屑的影響1切屑卷曲高溫導(dǎo)致切屑塑性增加，易形成卷曲切屑。2切屑焊接高溫促進(jìn)切屑與刀具表面焊接，形成粘結(jié)刀口。3切屑顏色溫度越高，切屑顏色越深，可用于粗略判斷切削溫度。4切屑斷裂溫度影響切屑韌性，進(jìn)而影響切屑斷裂特性。切削熱對環(huán)境的影響熱污染切削熱會(huì)導(dǎo)致工作環(huán)境溫度升高，影響操作舒適度。有害氣體高溫可能導(dǎo)致切削液分解，產(chǎn)生有害氣體。能源消耗切削熱的產(chǎn)生意味著能量損失，降低加工效率。設(shè)備壽命長期高溫運(yùn)轉(zhuǎn)可能影響機(jī)床和周邊設(shè)備壽命?？刂魄邢鳒囟鹊姆椒?優(yōu)化切削參數(shù)合理選擇切削速度、進(jìn)給量和切削深度。2使用切削液選擇合適的切削液和冷卻方式。3改進(jìn)刀具材料使用耐熱性好的刀具材料。4優(yōu)化刀具幾何設(shè)計(jì)有利于熱量散發(fā)的刀具結(jié)構(gòu)。提高切削速度的方法選用高性能刀具采用耐熱、耐磨的先進(jìn)刀具材料。優(yōu)化冷卻系統(tǒng)使用高壓冷卻或最小量潤滑技術(shù)。改進(jìn)機(jī)床性能提高機(jī)床剛性和動(dòng)態(tài)特性。優(yōu)化切削工藝合理安排切削路徑和參數(shù)。降低切削力的方法優(yōu)化刀具幾何改善刀具前角和后角，減小切削阻力。應(yīng)用涂層技術(shù)使用低摩擦系數(shù)涂層，減少摩擦力。超聲振動(dòng)輔助利用超聲振動(dòng)減小實(shí)際切削力。分步切削采用多次小切深代替一次大切深。使用切削液的方法選擇合適類型根據(jù)加工材料和工藝選擇水基或油基切削液。優(yōu)化供給方式采用高壓、脈沖或霧化等先進(jìn)供給方式。控制溫度和流量保持切削液溫度恒定，確保足夠流量。定期維護(hù)及時(shí)更換和過濾切削液，保持性能穩(wěn)定。選用合適的刀具材料硬質(zhì)合金綜合性能好，適用范圍廣，是最常用的刀具材料。陶瓷耐熱性極佳，適合高速干切削，但韌性較差。立方氮化硼硬度高，耐磨性好，適合加工淬硬鋼。金剛石硬度最高，導(dǎo)熱好，適合非鐵金屬和非金屬加工。優(yōu)化切削參數(shù)的方法1理論計(jì)算基于切削理論和經(jīng)驗(yàn)公式初步確定參數(shù)范圍。2仿真分析利用有限元等方法模擬切削過程，優(yōu)化參數(shù)。3試切實(shí)驗(yàn)進(jìn)行小批量試切，測量切削力和溫度，調(diào)整參數(shù)。4在線監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)測切削狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整切削參數(shù)。切削溫度控制的實(shí)際應(yīng)用切削溫度控制的意義1提高加工質(zhì)量改善尺寸精度和表面質(zhì)量2延長刀具壽命減少刀具磨損，降低成本3提高生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)高速切削，縮短加工時(shí)間4節(jié)能環(huán)保減少能源消耗，降低環(huán)境影響小結(jié)1切削熱的產(chǎn)生了解切削熱的來源和分布特點(diǎn)。2溫度測量方法掌握各種切削溫度測