切削熱和切削溫

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(gè)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(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(duì)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(duì)這幾個(gè)主要因素加以分析。 1. 切削用量的影響分析各因素對(duì)切削溫度的影響，主要應(yīng)從這些因素對(duì)單位時(shí)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(duì)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(shí)，散熱面積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化，故ap對(duì)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?yàn)榍敖窃龃髸r(shí)，單位切削力下降

3、，使產(chǎn)生的切削熱減少的緣故。但前角大于1820后，對(duì)切削溫度的影響減小，這是因?yàn)樾ń亲冃《股狍w積減小的緣故。主偏角r減小時(shí)，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re在0-1.5mm范圍內(nèi)變化，基本上不影響切削溫度。因?yàn)樨?fù)倒棱寬度及刀尖圓弧半徑的增大，會(huì)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(duì)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(dá)到一定數(shù)值后，對(duì)切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。合金鋼的強(qiáng)度大，導(dǎo)熱系數(shù)小，所以切削合金鋼

4、時(shí)刀具磨損對(duì)切削溫度的影響，就比切碳素鋼時(shí)大。4. 切削液的影響切削液對(duì)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(diǎn)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0.1-0.2mm，溫度就可能下降一半。5. 后刀面的接觸長度較小，因此溫度的升降是在極短時(shí)間內(nèi)完成的。6. 工件材料塑性越大，則前刀面上的接

5、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(diǎn)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(duì)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(huì)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(duì)工件材料強(qiáng)度和切削力的影響切削時(shí)的溫度雖然很高，但是切削溫度對(duì)工件材料硬度及強(qiáng)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(duì)刀具材料的影響適當(dāng)?shù)靥岣咔邢鳒囟?，?duì)提高硬質(zhì)合金的韌性是有利的。3. 對(duì)工件尺寸精度的影響4. 利用切削溫度自動(dòng)控制切削速度或進(jìn)給量

6、5. 利用切削溫度與切削力控制刀具磨損長度單位 1 in = 25.4 mm 1 ft = 0.3048 m 1 micron = 0.001 mm 面積單位 1 in2 = 6.45 cm2 1 ft2 = 0.093 m2 體積單位 1 litre = 0.001 m3 1 cu.ft. = 0.0283 m3 1 cu.in. = 16.39 cm3 1 fluid oz.(imp) = 28.41 mL 1 fluid oz.(us) = 29.57 mL 1 gal(imp) = 4.546 L 1 gal(us) = 3.79 L 溫度單位 (F-32)X5/9= K-273.15

7、 = 功及能量單位 1 Nm = 1 J 1 kgm = 9.807 J 1 kW/hr = 3.6 MJ 1 lbft = 1.356 J 功率單位 1 Nm/sec = 1 W 1 lbft/sec = 1.356 W 1 kgm/sec = 9.807 W 1 Joule/sec = 1 W 1 H.P.(imp) = 745.7 W 質(zhì)量單位 1 lb = 453.6 g 1 tonne = 1000 kg 1 ton(imp) = 1016 kg 1 ton(us) = 907.2 kg 流量計(jì)算公式 Q = Cv值 X 984 = Kv值 X 1100 Cv = So 18 力單位

8、 1 kgf = 9.81 N 1 lbf = 4.45 N 1 kp(kilopound) = 9.81 N 1 poundal = 138.3 mN 1 ton force = 9.964 kM 力矩單位 1 kgm = 9.807 Nm 1 ft. poundal = 0.0421 Nm 1 in lb = 0.113 Nm 1 ft lb = 1.356 Nm 壓力單位 1 psi = 6.89 kPa 1 kgf/cm2 = 98.07 kPa 1 bar = 100 kPa 1 bar = 14.5 psi 1 mm mercury = 133.3 Pa 1 in mercury

9、= 3.39 kPa 1 Torr = 133.3 Pa 1 ft water = 0.0298 bar 1 bar = 3.33 ft water 1 atmosphere = 101.3 kPa 1 cm water = 97.89 Pa 1 in water = 248.64 Pa 換算表 1psi=6.895kPa=0.07kg/cm2=0.06895bar=0.0703atm 1standard atmosphere=14.7psi=101.3kPa=1.01325bar 1kgf/cm2 = 98.07kPa=14.22psi = 28.96ins mercury 1m3 = 1000000cm3 1cu ft/min = 28.3 l/min 1Pa = 1N/m2 1ft lb = 0.13826kgm = 1.356 Nm 1 L = 1000cm3 = 1.7598pint = 1000000mm3 1 tonne = 1000 kg = 0.984 ton = 2204.6 lb 流量 Cv值 = 水流量（US gal/min）于60F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)壓差為 1 kgf/cm2 之閥門而所得出之流量