切削熱和切削溫度

1、第三節(jié) 切削熱和切削溫度 目 錄 3.3.1 切削熱的產(chǎn)生和傳出 3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量 3.3.3 影響切削溫度的主要因素返回目錄1. 熱源 切削熱的來源主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦所消耗的摩擦功，這是切削熱的主要來源。另一個(gè)是切削層金屬在刀具的作用下發(fā)生彈性變形和塑性變形所消耗的變形功。與此相對(duì)應(yīng)，切削熱產(chǎn)生在三個(gè)區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、工件與后刀面接觸區(qū)。 3.3.1 切削熱的產(chǎn)生和傳出工件 刀具 切屑 2. 切削熱的傳播 切削熱傳散出去的途徑主要是切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)(如空氣、切削液等)，影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的

2、導(dǎo)熱系數(shù)以及周圍介質(zhì)的狀況。 切屑與刀具的接觸時(shí)間也會(huì)影響切削溫度。不同的切削加工方法，切削熱沿不通傳導(dǎo)途徑傳遞出去的比例也各不相同。 3.3.1 切削熱的產(chǎn)生和傳出傳 導(dǎo) 途 徑干 車 削鉆 削切屑50%86%28%工件9%3%52%刀具40%10%15%周圍介質(zhì)1%5%1. 切削溫度的測(cè)量 1) 自然熱電偶法 利用刀具和工件材料化學(xué)成分的不同構(gòu)成熱電偶，組成熱電回路測(cè)量切削溫度的方法。 回路中形成了溫差電動(dòng)勢(shì)，利用電位計(jì)或毫伏表可以將其數(shù)值記錄下來。再根據(jù)事先標(biāo)定的熱電偶熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線(標(biāo)定曲線)，便可以查出刀具與工件接觸區(qū)的切削溫度值。 用自然熱電偶法測(cè)到的切削溫度是切削區(qū)的平均

3、溫度。 3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量0 2 4 6 8 10 12 14 15 18 mV 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 () W18Cr4V 40Cr 38CrMoAlA T10A 5CrNiMo 2) 人工熱電偶法 人工熱電偶法是將兩種預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件上預(yù)定要測(cè)量溫度的點(diǎn)上，冷端通過導(dǎo)線串接電位計(jì)或毫伏表。根據(jù)表上的讀數(shù)值和熱電偶標(biāo)定曲線，可獲得焊接點(diǎn)上的溫度。 應(yīng)用人工熱電偶法，只能測(cè)得距前刀面有一定距離處某點(diǎn)的溫度，

4、3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量2. 切削溫度的分布(溫度場(chǎng)) 溫度場(chǎng)是指工件、切屑和刀具上各點(diǎn)的溫度分布。 3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量工件 hch0.9mm hD0.6mm 刀具 620 670 680 690 730 700 660 740 750 640 3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量 (1) 剪切面上各點(diǎn)的溫度基本一致，由此可以推想剪切面上各點(diǎn)的的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律基本上變化不大； (2) 前刀面和后刀面上的最高溫度處都在離刀刃有一定距離的地方，這是摩擦熱沿刀面不斷增加的緣故。溫度最高點(diǎn)出現(xiàn)在前刀面上； (3) 在剪切區(qū)域內(nèi)，垂直剪切方向上溫度

5、梯度較大，這是由于剪切滑移的速度很快，熱量來不及傳導(dǎo)出來，從而形成較大的溫度梯度； (4) 垂直前刀面的切屑底層溫度梯度大。這說明前刀面上的摩擦是集中在切屑的底層，因此切削溫度對(duì)前刀面的摩擦系數(shù)有較大影響； (5) 后刀面的接觸長(zhǎng)度很小，因此溫度的升降是在極短時(shí)間內(nèi)完成的，已加工表面受到一次熱沖擊； (6) 工件材料塑性越大，前刀面上的接觸長(zhǎng)度越大，切削溫度的分布也就均勻些。工件材料脆性越大，最高溫度所在的點(diǎn)離刀刃越近； (7) 工件材料導(dǎo)熱系數(shù)越低，前、后刀面的溫度越高。3.3.2 切削溫度及其分布和測(cè)量800 600 400 200 0.2 0.6 1.0 1.5 2.0 1200 100

6、0 800 600 400 200 0.2 0.6 1.0 1.4 車刀 前 刀 面 上 距 刀 刃 距 離 (mm) 后刀面上距刀刃距離 (mm) 后 刀 面 溫 度 () 前刀面溫度 () 1 2 4 3 1 3 2 1. 切削用量 通過實(shí)驗(yàn)得到切削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式。 3.3.3 影響切削溫度的主要因素刀具材料加工方法Cxyz高速鋼車削1401700.350.450.20.30.080.1銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3zpyxcafvC 通過對(duì)比表中數(shù)據(jù)可知xyz，說明切削用量三要素對(duì)切削溫度的影響vfap，這與

7、它們對(duì)切削力的影響程度正好相反。 3.3.3 影響切削溫度的主要因素刀具材料加工方法Cxyz高速鋼車削1401700.350.450.20.30.080.1銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3 1) 切削速度v3.3.3 影響切削溫度的主要因素向切屑傳遞熱量切屑流出速度切屑帶走熱量單位時(shí)間金屬切除率散熱單位切削功率單位切削力切削力剪切角消耗功率單位時(shí)間金屬切除率生熱cv1200 1000 800 600 400 300 () 20 30 40 60 80 100 150 200 vc(m/min) 2) 進(jìn)給量f3.3.

8、3 影響切削溫度的主要因素 1200 1000 800 600 () 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 f(mm/r) 切屑帶走熱量切屑熱容量切屑厚度切削厚度散熱單位切削功率單位切削力消耗功率切削力生熱f 3) 背吃刀量ap3.3.3 影響切削溫度的主要因素1 2 3 4 5 6 ap(mm) 1200 1000 800 600 () 散熱條件改善切削刃參加切削的長(zhǎng)度切削寬度散熱消耗功率切削力生熱pa2. 刀具幾何參數(shù) 1) 前角o對(duì)切削溫度的影響3.3.3 影響切削溫度的主要因素-10 0 10 20 30o 1000 900 800 700 600 500 () 1 2 3 2) 主

9、偏角r對(duì)切削溫度的影響3.3.3 影響切削溫度的主要因素30 45 60 75 90r 1100 1000 900 800 700 600 () vc1.75m/s vc2.25m/s vc1.35m/s 3) 負(fù)倒棱寬度br和刀尖圓弧半徑r對(duì)切削溫度的影響 負(fù)倒棱寬度在(02)f范圍內(nèi)變化，刀尖圓弧半徑在01.5mm范圍內(nèi)變化，基本上不會(huì)影響切削溫度。 3.3.3 影響切削溫度的主要因素3. 工件材料 1) 工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削力越大，切削時(shí)消耗的功也越多，產(chǎn)生的切削熱也越多，切削溫度也就越高。 3.3.3 影響切削溫度的主要因素 10 20 30 40 50 60 70 80 9

10、0 100 110 120 130 vc(m/min) 1000 900 800 700 600 500 400 300 () 調(diào)質(zhì) 正火 淬火 2) 合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度普遍高于45鋼，而導(dǎo)熱系數(shù)又一般均低于45鋼。所以切削合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)的切削溫度一般均高于切削45鋼時(shí)的切削溫度。3.3.3 影響切削溫度的主要因素45 正火 1000 900 800 700 600 500 400 300 () W18Cr4V 5CrNiMo 38CrMoAlA 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min) 3) 不銹鋼1Cr18Ni9Ti和高溫合金GH

11、131不但導(dǎo)熱系數(shù)低，而且在高溫下仍能保持較高的強(qiáng)度和硬度。所以切削這種類型的材料時(shí)，切削溫度比切削其他材料要高得多。 3.3.3 影響切削溫度的主要因素10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min) 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 () GH131 45 鋼(正火) HT2040 1Cr18Ni9Ti 4) 脆性金屬的抗拉強(qiáng)度和延伸率都較小，切削過程中切削區(qū)的塑性變形很小，切屑呈崩碎狀或脆性帶狀，與前刀面的摩擦也很小，所以產(chǎn)生的切削熱較少，切削溫度一般比切削鋼料時(shí)低。 3.3.3 影響切削溫度的主要因素10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min) 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 () GH131 45 鋼(正火) HT2040 1Cr18Ni9Ti 4. 刀具磨損 刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區(qū)前方的擠壓作用增大，使切削區(qū)的金屬的塑性變形增加。同時(shí)，磨損后的刀具后角變成零度，使工件與刀具的摩擦加大，兩者均使切削熱的產(chǎn)生增加。所以，刀具磨損是影響切削溫度的重要因素。3.3.3 影響切削溫度的主要因素1100 1000 900 800 700 600 () vc1