金屬切削原理與刀具：05 第三章 第三節(jié) 切削熱和切削溫度

1、本節(jié)主要內容：一、切削熱的來源與傳散二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布三、影響切削溫度的主要因素第三節(jié) 切削熱與切削溫度第三章 金屬切削過程的基本規(guī)律切削過程中所做的功幾乎都轉化為熱（98%99%）。切削熱：切削熱除少量散逸在周圍介質中外，其余均傳入刀具、切屑和工件中，并使它們溫度升高。切削溫度：對切削熱的一種度量，一般是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為是剪切面的平均溫度與刀屑接觸面摩擦溫度之和。切削熱的影響：直接影響到前刀面上的摩擦系數(shù)、積屑瘤的產生和消退、刀具的磨損、工件的加工精度、加工質量等。所以掌握切削熱、切削溫度的變化規(guī)律非常重要。一、切削熱的來源與傳

2、散切削熱的來源來源：切削的變形功和前、后刀面的摩擦功。切削熱的產生與傳導切削塑性材料：彈塑性變形和摩擦功都較大，切削熱量大；切削脆性材料：主要是刀工接觸區(qū)的摩擦，發(fā)熱量較小。Q切削熱Q t 刀具Q w 工件Qc 切屑Q m 介質一、切削熱的來源與傳散切削熱的傳散切屑、刀具、工件以及周圍介質。一、切削熱的來源與傳散切削熱的傳散車削時各因素散熱的比例大?。ㄌ间撝兴俑汕邢鳎呵行紟ё?0-86，車刀傳出9-3%，工件傳出40-10%，周圍介質（空氣）傳出1%。切削速度愈高、切削厚度愈大，切屑帶走熱量愈多。一、切削熱的來源與傳散切削熱的傳散鉆削時各因素散熱的比例大?。ㄌ间撝兴俑汕邢鳎?：切屑帶走28%

3、，刀具傳出14.5%，工件傳出52.5%，周圍介質傳出5%。如果采用切削液，介質傳出的熱量大大增加。二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度切削區(qū)的平均溫度。是切削過程中產生的切削熱與切屑、工件、刀具和介質傳出的熱兩者綜合后使切削區(qū)形成的溫度。二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度計算方法經(jīng)驗公式（查手冊）理論公式（計算與預報）FEM分析計算切削溫度的測量方法自然熱電偶法人工熱電偶法紅外測溫法二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度的FEM計算二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度的FEM計算二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度的FEM計算二、切削溫度的測定原理和切

4、削溫度分布切削溫度的FEM計算二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布測量切削溫度自然熱電偶法在切削時，化學成份不同的刀具材料和工件材料，在切削高溫作用下形成一熱端，與刀具、工件保持室溫的一端（冷端）必然有熱電勢產生，用儀表（毫伏計）測出這一熱電勢，再與事先做出的這兩種材料的標定曲線進行對照，就可知道切削區(qū)溫度平均值。 二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布測量切削溫度自然熱電偶法溫度標定曲線二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布測量切削溫度自然熱電偶法切削速度對Al2O3/TiB2陶瓷刀具干切削淬火鋼時切削溫度的影響(f=0.15 mm/r，ap=0.3 mm，t=10 min)二、切削溫度的測定原

5、理和切削溫度分布測量切削溫度人工熱電偶法將兩種預先標定的金屬絲組成熱電偶（或標準的熱電偶），熱端焊接在被測點上，兩冷端用儀器連接起來，儀器可測得切削條件下熱電勢數(shù)值，再參照該標準熱電偶的標定曲線，便可知道被測點的溫度值。二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布測量切削溫度人工熱電偶法人工熱電偶法可以測量切削區(qū)任一點的溫度。因此，用人工熱電偶法可以測量切屑、刀具和工件上不同點的溫度，可以繪制三者的溫度分布曲線圖。 mV工件刀具金屬絲小孔二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布測量切削溫度紅外測溫法利用紅外輻射原理, 借助熱敏感元件, 測量切削區(qū)溫度?？蓽y量切削區(qū)側面溫度場。紅外熱像圖二、切削溫度的測定原

6、理和切削溫度分布切削溫度分布自然熱電偶法切削區(qū)的平均溫度；人工熱電偶法工件、刀具和切屑上各點的溫度分布，也就是溫度場。切削塑性材料 ：前刀面靠近刀尖處溫度最高。切削脆性材料：后刀面靠近刀尖處溫度最高。二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度分布二維切削中的溫度分布圖為用人工熱電偶法測得的工件、刀具和切屑二維切削溫度分布。 750刀具 工件材料：低碳易切鋼； 刀具：o=30，o=7； 切削用量：ap=0.6mm， vc =0.38m/s； 切削條件：干切削， 預熱611C二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度分布前刀面上和刀屑接觸面上溫度高且梯度很大。原因：切削速度較高，切削熱來不及傳

7、導所致。前刀面和后刀面上溫度最高點不是切削刃而是離切削刃有一定距離的地方。原因：摩擦熱沿刀面逐漸積累，而摩擦后半段散熱條件改善，前刀面滑動區(qū)為外摩擦，摩擦減小且散熱改善，故溫度又下降所致。二、切削溫度的測定原理和切削溫度分布切削溫度分布剪切面上溫度幾乎相同。刀具材料和工件材料的導熱系數(shù)愈小，前、后刀面上的溫度愈高。像高溫合金和鈦合金導熱系數(shù)低，切削溫度高，故切削時易采用低的切削速度，降低刀具上的溫度。 三、影響切削溫度的主要因素切削用量刀具幾何參數(shù)工件材料刀具材料切削液刀具磨損三、影響切削溫度的主要因素切削用量實驗得出的切削溫度經(jīng)驗公式如下： 式中 實驗時測得的切削區(qū)平均溫度； C切削溫度系數(shù)

8、；z、y、x為 v、f、ap 影響切削溫度的指數(shù)。刀具材料加工方法高速鋼車削1401700.350.450.20.30.080.10銑削80鉆削150硬質合金車削320f (mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26 實驗得出的切削中碳鋼時一些切削溫度的系數(shù)及指數(shù)三、影響切削溫度的主要因素切削用量例當硬質合金刀具切削中碳鋼時式為： =C v 0.410.26 f 0.15 ap 0.05三、影響切削溫度的主要因素切削用量切削速度對切削溫度影響最大。原因：隨 v 增加，摩擦熱增加，又來不及傳出，產生熱積聚現(xiàn)象，但切削速度提高使變形減小，因此 不隨v 增加成正比。進給量

9、f 對切削溫度影響較次。原因：f 增加時，單位時間切削體積增加，但 f 增加時 hD 增加，變形減小，熱容量增大，故對切削溫度影響不及v。 三、影響切削溫度的主要因素切削用量背吃刀量 ap 對切削溫度影響為三者最小。原因：雖然ap對產生熱成正比增加，但隨ap增加 bD 增加，散熱條件大大改善，故影響最小。所以，切削用量三要素對切削溫度的影響規(guī)律與對切削力的影響規(guī)律順序相反。切削用量對切削溫度的影響順序：vc最大，f 其次，ap 最小。因此，提高效率以增加 f 和 ap 最好，而非vc 。三、影響切削溫度的主要因素刀具幾何參數(shù)前角主要是依據(jù)對變形和摩擦的影響。前角增大變形減小切削力產生熱量切削溫

10、度。但當o過大，雖然變形小產生熱少，但散熱條件惡化，故切削溫度不但不降低切削溫度三、影響切削溫度的主要因素刀具幾何參數(shù)主偏角 主要是依據(jù)對切削刃工作長度和刀尖角變化而影響的。 Kr 切削刃工作長度 刀尖角減小 散熱面積 r 、 b 切屑變形程度 切削熱 同時散熱條件改善，兩者趨于平衡，對影響很小三、影響切削溫度的主要因素刀具幾何參數(shù)刀尖圓弧半徑、負倒棱三、影響切削溫度的主要因素工件材料取決于工件材料的強度、硬度、導熱性等。合金鋼強度高、導熱系數(shù)小，因此比普通鋼消耗功率大，散熱性差，故切削溫度高。切削脆性材料時由于形成崩碎切屑，變形與摩擦都小，故切削溫度也低。高溫合金鋼不銹鋼三、影響切削溫度的主要因素工件材料工件材料機械性能（強度+硬度） 切削力 切削溫度工件材料導熱性 切削溫度三、影響切削溫度的主要因素刀具磨損刀具