第五章切削热与切削温度

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1、第五章切削热与切削温度用刀具切削工件而产生的热称为切削热。切削热也是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程影响有多方面影响。切削热传散到工件上，会引起工件的热变形，因而降低加工精度，工件表面上的局部高温则会恶化已加工表面质量。传散到刀具上的切削热是引起刀具磨损和破损的重要原因。切削热还通过使刀具磨损对切削加工生产率和成本发生影响。切削热对切削加工的质量、生产率和成本都有直接、间接的影响，研究和掌握切削热产生和变化的一般规律，把切削热的不利影响限制在允许的范围之内，对切削加工生产是有重要意义的。5.1切削热的产生与传

2、出切削热来源于切削层金属发生弹性、塑性变形所产生的热及切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦。切削热产生于三个变形区，切削过程中三个变形区内产生切削热的根本原因是，切削过程中变形与摩擦所消耗的功，绝大部分转化为切削热。假定主运动所消耗的功全部转化为热能，则单位时间内产生的切削热：Pc=FcνcPc—每秒钟内产生的切削热Fc—主切削力νc—切削速度切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去。影响散热主要因素：⑴工件材料的导热性能工件材料的导热系数高，由切屑和工件散出的热就多，切削区温度就较低，刀具寿命提高；但工件温升快，

3、易引起工件热变形。⑵刀具材料的导热性能刀具材料的导热系数高，切削热易从刀具散出，降低了切削区温度，有利于刀具寿命的提高。⑶周围介质采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较多的切削热，切削区温度就较低。⑷切屑与刀具的接触时间外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落入机床的容屑盘中，切屑传给刀具的热量相对较少；钻削或其它半封闭式容屑的加工，切屑形成后仍与刀具相接触，传导给刀具的热相对较多。5.2切削温度及其测量方法切削温度指切屑、工件和刀具接触区的平均温度。测量切削温度有多种方法。目前应用较广的是热电偶法：把两种

4、化学成分不同的导体的一端连接在一起，使它们的另一端处于室温状态（称为冷端），那么，当连在一起的一端受热时（称为热端）在冷热端之间就会产生一定的电动势，称为电势，把毫伏表或电位差计接在两导体冷端之间便可测量出热电势的值。实验研究表明，热电势值的大小取决于两种导体材料的化学成分及冷热端之间的温度差。当组成热电偶的两种材料一定时，经过标定可得到热电势的值与冷热端温度差之间的关系。5.2.1自然热电偶法自然热电偶法是以刀具和工件作为热电偶的两极，组成热电回路测量切削温度方法。切削时，切削区的高温使刀具与工件的接触端成为热端，

5、处于室温状态的刀具、工件的另一端则成为冷端，用导线将刀具和工件的冷端连接到毫伏表或电位差计上，即可将切削时产生的热电势值测量出来。自然热电偶法测切削温度时，须事先对刀具和工件两种材料组成的热电偶进行标定，求得热端温度与毫伏表读数值之间关系的标定曲线，这样在测量实际切削时的切削温度时，便可根据毫伏表上的读数从标定的曲线上查出其对应的温度值。5.2.2人工热电偶法在研究工件、刀具、刀屑上各点温度分布规律时，往往需要了解切削区内各点的切削温度。为此，可采用人工热电偶法进行测量。人工热电偶法是利用事先标定的两种不同材料的金属

6、丝组成的热电偶来测量工件、刀具上某些点的温度。测量时，将热端通过工件（或刀具）上的小孔固定在被测点上，冷端用导线串接在毫伏表上，由于两金属丝组成的人工热电偶已事先经过标定，所以在实际测温时，根据毫伏表中的数值便可从标定曲线上查得其对应的温度值，即工件或刀具上被测点的温度值。改变测量小孔的位置并利用传热学原理进行推算，可得出刀具或工件上温度分布的情况。前、后刀面上的最高温度都在离开切削刃一段距离处（该处称为温度中心）。这是由于切削塑性金属材料时，切屑在沿前刀面流出过程中，摩擦热逐渐增加积累，至切屑底层和前刀面接触处，达

7、到最大值（切屑底层的温度梯度最大）之后摩擦逐渐减小，加工散热条件改善，切削温度又逐渐降低。5.3影响切削温度的因素5.3.1切削用量对切削温度的影响1.切削速度提高切削速度，切削温度将显著上升。因为切屑沿前刀面流出时，由切屑底层与前刀面发生强烈摩擦而产生大量切削热，由于切削速度很高，在很短的时间内切屑底层的热来不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，使切削温度显著升高。另外，伴随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例增加，消耗的功增大，切削热也会增大，故使切削温度上升。切削温度与切削速度之间的经验关系式为

8、Cθv─与切削条件有关的系数；x─反映vc对θ的影响程度的指数。一般，x=0.26～0.412.进给量进给量增大，单位时间内的金属切除量增多，切削热增多，切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。因为单位切削力和单位切削功率随f增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了；同时f增大后，切屑变厚，切屑的热容量增大，由