1、第三节 切削热和切削温度 目 录 3.3.1 切削热的产生和传出 3.3.2 切削温度及其分布和测量 3.3.3 影响切削温度的主要因素返回目录1. 热源 切削热的来源主要有两个方面，一个是切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功，这是切削热的主要来源。另一个是切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形所消耗的变形功。与此相对应，切削热产生在三个区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、工件与后刀面接触区。 3.3.1 切削热的产生和传出工件 刀具 切屑 2. 切削热的传播 切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、刀具和周围介质(如空气、切削液等)，影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的
2、导热系数以及周围介质的状况。 切屑与刀具的接触时间也会影响切削温度。不同的切削加工方法，切削热沿不通传导途径传递出去的比例也各不相同。 3.3.1 切削热的产生和传出传 导 途 径干 车 削钻 削切屑50%86%28%工件9%3%52%刀具40%10%15%周围介质1%5%1. 切削温度的测量 1) 自然热电偶法 利用刀具和工件材料化学成分的不同构成热电偶，组成热电回路测量切削温度的方法。 回路中形成了温差电动势，利用电位计或毫伏表可以将其数值记录下来。再根据事先标定的热电偶热电势与温度的关系曲线(标定曲线)，便可以查出刀具与工件接触区的切削温度值。 用自然热电偶法测到的切削温度是切削区的平均
3、温度。 3.3.2 切削温度及其分布和测量3.3.2 切削温度及其分布和测量3.3.2 切削温度及其分布和测量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) 人工热电偶法 人工热电偶法是将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接在刀具或工件上预定要测量温度的点上，冷端通过导线串接电位计或毫伏表。根据表上的读数值和热电偶标定曲线，可获得焊接点上的温度。 应用人工热电偶法，只能测得距前刀面有一定距离处某点的温度，
4、3.3.2 切削温度及其分布和测量3.3.2 切削温度及其分布和测量2. 切削温度的分布(温度场) 温度场是指工件、切屑和刀具上各点的温度分布。 3.3.2 切削温度及其分布和测量工件 hch0.9mm hD0.6mm 刀具 620 670 680 690 730 700 660 740 750 640 3.3.2 切削温度及其分布和测量 (1) 剪切面上各点的温度基本一致，由此可以推想剪切面上各点的的应力应变规律基本上变化不大； (2) 前刀面和后刀面上的最高温度处都在离刀刃有一定距离的地方，这是摩擦热沿刀面不断增加的缘故。温度最高点出现在前刀面上； (3) 在剪切区域内，垂直剪切方向上温度
5、梯度较大，这是由于剪切滑移的速度很快，热量来不及传导出来，从而形成较大的温度梯度； (4) 垂直前刀面的切屑底层温度梯度大。这说明前刀面上的摩擦是集中在切屑的底层，因此切削温度对前刀面的摩擦系数有较大影响； (5) 后刀面的接触长度很小，因此温度的升降是在极短时间内完成的，已加工表面受到一次热冲击； (6) 工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度越大，切削温度的分布也就均匀些。工件材料脆性越大，最高温度所在的点离刀刃越近； (7) 工件材料导热系数越低，前、后刀面的温度越高。3.3.2 切削温度及其分布和测量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 车刀 前 刀 面 上 距 刀 刃 距 离 (mm) 后刀面上距刀刃距离 (mm) 后 刀 面 温 度 () 前刀面温度 () 1 2 4 3 1 3 2 1. 切削用量 通过实验得到切削温度的经验公式。 3.3.3 影响切削温度的主要因素刀具材料加工方法Cxyz高速钢车削1401700.350.450.20.30.080.1铣削80钻削150硬质合金车削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3zpyxcafvC 通过对比表中数据可知xyz，说明切削用量三要素对切削温度的影响vfap，这与
7、它们对切削力的影响程度正好相反。 3.3.3 影响切削温度的主要因素刀具材料加工方法Cxyz高速钢车削1401700.350.450.20.30.080.1铣削80钻削150硬质合金车削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3 1) 切削速度v3.3.3 影响切削温度的主要因素向切屑传递热量切屑流出速度切屑带走热量单位时间金属切除率散热单位切削功率单位切削力切削力剪切角消耗功率单位时间金属切除率生热cv1200 1000 800 600 400 300 () 20 30 40 60 80 100 150 200 vc(m/min) 2) 进给量f3.3.
8、3 影响切削温度的主要因素 1200 1000 800 600 () 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 f(mm/r) 切屑带走热量切屑热容量切屑厚度切削厚度散热单位切削功率单位切削力消耗功率切削力生热f 3) 背吃刀量ap3.3.3 影响切削温度的主要因素1 2 3 4 5 6 ap(mm) 1200 1000 800 600 () 散热条件改善切削刃参加切削的长度切削宽度散热消耗功率切削力生热pa2. 刀具几何参数 1) 前角o对切削温度的影响3.3.3 影响切削温度的主要因素-10 0 10 20 30o 1000 900 800 700 600 500 () 1 2 3 2) 主
9、偏角r对切削温度的影响3.3.3 影响切削温度的主要因素30 45 60 75 90r 1100 1000 900 800 700 600 () vc1.75m/s vc2.25m/s vc1.35m/s 3) 负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径r对切削温度的影响 负倒棱宽度在(02)f范围内变化，刀尖圆弧半径在01.5mm范围内变化，基本上不会影响切削温度。 3.3.3 影响切削温度的主要因素3. 工件材料 1) 工件材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削时消耗的功也越多，产生的切削热也越多，切削温度也就越高。 3.3.3 影响切削温度的主要因素 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 () 调质 正火 淬火 2) 合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。3.3.3 影响切削温度的主要因素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) 不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金GH
11、131不但导热系数低，而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度。所以切削这种类型的材料时，切削温度比切削其他材料要高得多。 3.3.3 影响切削温度的主要因素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 钢(正火) HT2040 1Cr18Ni9Ti 4) 脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑性变形很小，切屑呈崩碎状或脆性带状，与前刀面的摩擦也很小，所以产生的切削热较少，切削温度一般比切削钢料时低。 3.3.3 影
12、响切削温度的主要因素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 钢(正火) HT2040 1Cr18Ni9Ti 4. 刀具磨损 刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切削区的金属的塑性变形增加。同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件与刀具的摩擦加大，两者均使切削热的产生增加。所以，刀具磨损是影响切削温度的重要因素。3.3.3 影响切削温度的主要因素1100 1000 900 800 700 600 () vc117m/min vc94m/min vc71m/min 0 0.2 0.4 0.6 0.8 VB(mm) 5. 切削液 切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果，在切削加工中应用很广。切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大关系。从导热性能来看，水基切削液乳化液油类切削液。3.3.3 影响切削温度的主要因素/10/2926.
