切削热的产生与切削温度的测量.docx

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1、切削热的产生与切削温度的测量切削热和由此产生的切削温度是金属切削过程中的一个重要物理现象。大量的切削热使切削区域的温度升高，直接影响刀具的磨损和寿命，并影响工件的加工精度和表面质量。切削温度也可作为自动化生产中监控因素，所以研究切削热和切削温度变化规律对生产时间有重要的意义。（一）切削热的产生和传出被切金属层在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形，这是切削热的一个来源。同时，切屑与前刀面、工件与后刀面间消耗的摩擦功也将转化为热能，这是切削热的又一个来源（见图1）。如果忽略后刀面上的摩擦功和进给运动所消耗的功，并假定主运动所消耗的功全部转化为热能，则单

2、位时间内产生的切削热可算出：Qc=Fzvc式中Qc--每秒钟内产生的切削热，单位为J/s；Fz--主切削力，单位为N;vc--切削速度，单位为m/s。图1切削热的产生和传出（二）切削温度及其测量方法切削温度一般是指刀具与工件接触区域的平均温度。切削温度测量的方法很多，如图2所示。目前比较常用的测量切削温度的方法是热电偶法和光热辐射法。下面将分别进行阐述。切別臥度测宦法「单牟刀法rfl然热电偶法「热电侧法*I人工热砸偶法'插入匸件法『福射热计法PhS电池法锯光电二极仰法t红外线F板彳成胶片［法r热敏顔料法热緻电饱达域热计法I金属纽飙观察法图2切削温度

3、的测量方法1.热电偶法热电偶法又分为自然热电偶法和人工热电偶法（见表1）。表1自然热电偶与人工热电偶比较测温方法测温原理优蔦自然煥电偲如團所示，以71具和工件作为熱电1B的两按，组成迪电回路剧量■切削加工时，化学戒井不同的刀具和工件处在稷嵩切削温康作用下，”成热电偈的熟aib工件和刀具的引出躬形成热电何的冷在此电路中!&然有熱电势产生「用仅表椅耳俏测出戴记录，再很据事夫标好的刀輿一工件所势咸熱电倒的热电势勻温盛关系曲线，就可以得出刀具与工件接融区的切削用目然热电偶隆测到的切削温度是切削区的平均温盛剧用世种歼法研究切削温度的变化規律是比较简便可童的。

4、毎变坂〜沖刀具材释或工件材轩裁餐重新作一次标定「才得到新的标定曲线*而且用目热熱电偶法无法测潯切削区掲走:点的人工題电偶将两种预先经过輛定的金ji丝组战煥电偈』站3B?接在刀具或工件的待测滬虞点上”冷鋼通过导线串接电位差计或奎伏裘。根提携上的楷示伯和热电偶标定曲线，可测得彈接点上的禺度”如團1・27是用人工祖电偶法测量刀具前刀面J和工件切削区（雷b）中某点涓度的示誉團〜龍第测得切削区上指定点的温度*应用人工热电隅法「只龍测剧裔前刀面一定距黑ftb某蛊的混禹而不龍直接测出前7J面上的温厘®而且对测量区械的温度场肓所靈坏图3自然热电偶法测温示意图1.铜

5、顶尖2•铜销3.车床主轴尾部4.工件5.刀具图4人工热电偶法测温示意图a）测前刀面温度b）测工件温度要想知道前刀面上的温度，还需应用传热学的原理和公式进行推算。应用人工热电偶法测温，并辅以传热学计算所得到的刀具、切屑和工件的切削温度分布情况（见图5）。a)至切削刃81^7mmb)图5切削温度的分布a）刀具、工件和切屑中温度分布b）刀具前刀面上温度分布加工条件：刀具YT20vc=600m/min加工条件：工件30Mn4ap=3mmf=0.25mm/r由图5可以看出切削温度的分布规律：（1）前刀面上温度最高处并不在切削刃口处，而在离刃口有一定距离的位置

6、，工件材料塑性越大，距离刃口越远，反之越近。这是因为热量沿前刀面有个积累过程，这也是刀具磨损严重之处；（2）切屑底层的温度梯度最大，说明摩擦热集中在切屑底层与前刀面接触处。1.光热辐射法除了热电偶测温法，采用观察刀具或零件切削前后金相组织变化的方法也能判定切削温度，但这两种方法并不直观，而且观察和分析的工作量较大。近来也更多的是使用红外线测温仪或光能电池测量切削温度。热像仪就是利用红外线原理来测量切削温度的，它是通过非接触探测红外热量，并将其转换生成热图像和温度值，进而显示在显示器上，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。如图6是用热像仪测温的现场

7、演示图。图1-30是利用热像仪的配套软件采集到的切削温度场图，软件可以将切削过程以红外影像采集下来，在确定准确的发射率情况下，设定播放速度，调节播放位置，对采集切削过程的温度分布进行测量和绘制。图6用热像仪现场测温BWM»[«uf（））—r^iAlrMiffA^wiIm十1图7测得温度场图1.切屑颜色与切削温度的关系在生产实践中，可以通过切削加工时切屑的颜色来判断刀尖部位的大致温度。以车削碳素结构钢为例，随着切削温度的提高，切屑颜色变化过程顺序为：银白色一黄白色一金黄色-紫色一浅蓝色-深蓝色。其中，银白色切屑反映的切削温度约为200r左右，金黄色切

8、屑反映的切削温度约400C左右，深蓝色切屑反映的切削温度约600C左右。（三）影响切削温度的主要因素1.工件材料工件材料的