切削熱和切削溫度

1、切削熱和切削溫度一 切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)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，這是切削熱的一個重要來源。此外，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，切削時共有三個發(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，三個發(fā)熱區(qū)與三個變形區(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。二 切削溫度的測量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，切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。前刀面的平均溫度可近似地認(rèn)為是剪切面的平均溫度和前刀面與切屑接觸面摩擦溫度之和。三 影響切削溫度的主

2、要因素根據(jù)理論分析和大量的實驗研究知，切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、刀具磨損和切削液的影響，以下對這幾個主要因素加以分析。1. 切削用量的影響分析各因素對切削溫度的影響，主要應(yīng)從這些因素對單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量和傳出的熱量的影響入手。如果產(chǎn)生的熱量大于傳出的熱量，則這些因素將使切削溫度增高；某些因素使傳出的熱量增大，則這些因素將使切削溫度降低。切削速度對切削溫度影響最大，隨切削速度的提高，切削溫度迅速上升。而背吃力量 ap 變化時，散熱面積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化， 故 ap 對切削溫度的影響很小。2.刀具幾何參數(shù)的影響切削溫度 隨前角 o 的增大而降低。這是因為前角增大時，單

3、位切削力下降，使產(chǎn)生的切削熱減少的緣故。但前角大于18°20°后，對切削溫度的影響減小，這是因為楔角變小而使散熱體積減小的緣故。主偏角 r 減小時，使切削寬度 aw增大，切削厚度 ac 減小，故切削溫度下降。負(fù)倒棱 b1在(0-2)f 范圍內(nèi)變化，刀尖圓弧半徑 r e 在 0-1.5mm 范圍內(nèi)變化，基本上不影響切削溫度。因為負(fù)倒棱寬度及刀尖圓弧半徑的增大，會使塑性變形區(qū)的塑性變形增大，但另一方面這兩者都能使刀具的散熱條件有所改善，傳出的熱量也有所增加，兩者趨于平衡，所以對切削溫度影響很小。3.刀具磨損的影響在后刀面的磨損值達到一定數(shù)值后，對切削溫度的影響增大；切削速度愈高

4、，影響就愈顯著。合金鋼的強度大，導(dǎo)熱系數(shù)小，所以切削合金鋼時刀具磨損對切削溫度的影響，就比切碳素鋼時大。4.切削液的影響切削液對切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關(guān)系。從導(dǎo)熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。四 切削溫度的分布1. 剪切面上各點溫度幾乎相同。2. 前刀面和后刀面上的最高溫度都不在刀刃上，而是在離刀刃有一定距離的地方。3. 在剪切區(qū)域中，垂直剪切面方向上的溫度梯度很大。4. 在切屑靠近前刀面的一層 ( 簡稱底層 ) 上溫度梯度很大，離前刀面 - 0.2mm，溫度就可能下降一半。5. 后刀面的接觸長度較小， 因此溫度的

5、升降是在極短時間內(nèi)完成的。6. 工件材料塑性越大，則前刀面上的接觸長度愈大，切削溫度的分布也就較均勻些；反之，工件材料的脆性愈大，則最高溫度所在的點離刀刃愈近。7. 工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈低，則刀具的前、后刀面的溫度愈高。五 切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響切削溫度高是刀具磨損的主要原因，它將限制生產(chǎn)率的提高；切削溫度還會使加工精度降低，使已加工表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及其它缺陷。1. 切削溫度對工件材料強度和切削力的影響切削時的溫度雖然很高，但是切削溫度對工件材料硬度及強度的影響并不很大；剪切區(qū)域的應(yīng)力影響不很明顯。2.對刀具材料的影響適當(dāng)?shù)靥岣咔邢鳒囟?，對提高硬質(zhì)合金的韌性是有利的。3.對工件

6、尺寸精度的影響4.利用切削溫度自動控制切削速度或進給量5.利用切削溫度與切削力控制刀具磨損長度單位1 in = mm1 ft = m1 micron = mm面積單位1 in2 = cm21 ft2 = m2體積單位1 litre = m31 . = m31 . = cm31 fluid oz.(imp) = mL1 fluid oz.(us) = mL1 gal(imp) = L1 gal(us) = L溫度單位( ° F-32)X5/9= = 功及能量單位1 Nm = 1 J1 kgm = J1 kW/hr = MJ1 lbft = J功率單位1 Nm/sec = 1 W1 lb

7、ft/sec = W1 kgm/sec = W1 Joule/sec = 1 W1 .(imp) = W質(zhì)量單位1 lb = g1 tonne = 1000 kg1 ton(imp) = 1016 kg1 ton(us) = kg流量計算公式Q = Cv 值 X 984 =Kv 值 X 1100 Cv = So÷ 18力單位1 kgf = N1 lbf = N1 kp(kilopound) = N1 poundal = mN1 ton force = kM力矩單位1 kgm = Nm1 ft. poundal = Nm1 in lb = Nm1 ft lb = Nm壓力單位1 psi

8、 = kPa1 kgf/cm2 = kPa1 bar = 100 kPa1 bar = psi1 mm mercury = Pa1 in mercury = kPa1 Torr = Pa1 ft water = bar1 bar = ft water1 atmosphere = kPa1 cm water = Pa1 in water = Pa換算表1psi=cm2= 1standard atmosphere=1kgf/cm2 = = = mercury1m3 = 1000000cm31cu ft/min = l/min1Pa = 1N/m21ft lb = = Nm1 L = 1000cm3 = = 1000000mm31 tonne = 1000 kg = ton = lb流量Cv值 = 水流量（ US gal/min ）于 60°F 下，流經(jīng)壓差為1 psi之閥門而所得出之流量定值。Kv 值 = 水流量（ L/min ）于 20下，流經(jīng)