第五章 切削热和切削温度.ppt

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1、第五章切削热和切削温度一、切削热来源工件切屑刀具图切削热的来源与传出★主要来源QA=QD+QFF+QFR★切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热式中，QD,QFF,QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量5.1切削热的产生与传出三个发热区与三个变形区相对应：剪切面切屑与前刀面接触区后刀面与过渡表面接触区Q=Pm＝Fzν切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去切削热传出切削中所消耗的能量几乎全部转换为热量。三个变形区就是三个发热区，即切削热来自工件材料的弹、

2、塑性变形和前、后刀面的摩擦。当产生的热和传出的热相等，即达动态热平衡时有：式中:qs—工件材料的弹、塑性变形所产生的热量；qr—切屑与前刀面、加工表面和后刀面的摩擦所产生的热量；qc—切屑带走的热量；qt—刀具传出的热量；qw—工件传出的热量；qm-辐射及周围介质(如空气、切削液等)带走的热量。据实验得出：车削时，热的传出大致为：切屑占50%～86%，刀具占40%～10%，工件占9%～3%，周围介质占1%。具体值与工件、刀具材料的导热系数、切削用量、刀具几何参数等有关。自然热电偶法工件和刀具材

3、料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温产生温差电势，通过电位差计测得切削区的平均温度。利用红外辐射原理，借助热敏感元件，测量切削区温度。可测量切削区侧面温度场。★用不同材料、相互绝缘金属丝作热电偶两极（见图）。mV图人工热电偶工件刀具金属丝小孔★可测量刀具或工件指定点温度，可测最高温度及温度分布场。人工热电偶法红外测温法5.3切削温度的测量切削温度：前刀面与切屑接触区域的平均温度。影响切削温度的主要因素：工件材料的力学物理性能、切削用量、刀具几何参数、冷却条件等*切削用量（切削速度、进给

4、量、切削深度）*刀具几何参数（前角、主偏角、负倒棱及刀尖圆弧半径）*工件材料（硬度和强度、导热系数、抗拉强度和延伸率）*刀具磨损*切削液5.4影响切削温度的主要因素一、切削用量实验得出的切削温度的经验公式为式中:θ:实验测出的切屑接触区的平均温度(℃)；Cθ:切削温度系数；vc:切削速度(m／min)；f:进给量(mm／r)；ap:背吃刀量(mm);zθ、yθ、xθ:切削速度、进给量、背吃刀量的指数。实验得出，用高速钢或硬质合金刀具切削中碳钢时，Ｃθ、zθ、yθ、xθ值见表5－1。切削用量的影响θ

5、:用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；Cθ:与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数；Zθ、Yθ、Xθ:vc、f、ap的指数。经验公式刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速钢车削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10铣削80钻削150硬质合金车削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削温度的系数及指数表5－1切削温度公式中的Ｃθ、zθ、yθ、xθ值1、切削用量vc、f、ap增大时，变形和摩擦加剧，切削功耗增大，

6、切削温度升高。但程度不一，vc最为显著，f次之，ap最小。这是因为：vc增加，￠增大，变形小，虽切削力略下降，但切屑与前刀面的接触长度减短，散热条件差；f增加，ap增大，变形减小，压力中心较远离刀尖，散热条件有所改善；ap增加，参加工作的刀刃长度按比例增大，散热条件同时得到改善。由此可见，在金属切除率相同的条件下，为降低切削温度，防止刀具迅速磨损，提高刀具耐用度，增加ap或f远比增加vc更为有利。2、几何参数（1）刀具前角γo。实验结果表明：γo增大，变形、摩擦减小，产生的热量少，则温度下降；但γo

7、增到18°～20°后，因楔角βo减小，散热条件差，会对温度的影响程度减小。（2)刀具主偏角κr。κr减小，使ac减小，aw增大，刀具散热条件得到改善，故温度下降。（3)负倒棱br1、rε。它们既使变形增大，同时又改善散热条件，因此对温度的影响不大。图γo与θ的关系图κr与θ的关系3、工件材料主要通过本身的强度、硬度、导热系数等对切削温度产生影响。强度、硬度增大时产生的切削热增多，切削温度升高。如低碳钢，强度、硬度较低，变形小，产生的热量少，且导热系数大，热量传出快，所以切削温度很低；40Cr硬度

8、接近中碳钢，强度略高，但导热系数小，切削温度高；切削脆性材料时，塑性变形小，形成崩碎切屑，摩擦小，切削温度低。4、刀具磨损主后刀面磨损后，产生后角为零的窄边，使切削刃的切削作用降低，推挤力和摩擦力增大，功耗增加，产生的热量增多，故使切削温度上升。刀具磨损量增大，切削温度增高；使用切削液可以减少刀具－切屑－工件之间的摩擦，带走大量磨擦热。切削液可显著降低切削温度。刀具几何参数的影响前角o↑→切削温度↓主偏角r↓→切削温度↓负倒棱及刀尖圆弧半径对切削