切削热与切削温度 11切削热与切削温度ppt课件.ppt

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1、机械制造技术基础太原理工大学机械工程学院2013-7-19第二章金属切削过程的基本规律及应用（第五讲）主讲人：王晓玲机械制造技术基础切削热和由此产生的切削温度是切削过程中产生的又一重要的物理现象。切削过程中所做的功几乎都转化为热，比例高达98%99%。影响：使切削区温度升高；直接影响到前刀面上的摩擦系数、积屑瘤的产生、刀具的磨损、工件的加工精度、加工质量等。所以掌握切削热、切削温度的变化规律非常重要。机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用来源：切削热是由切削功转变而来的。如图2.29所示：其中包括

2、：剪切区变形功形成的热Qp、切屑与前刀面摩擦功形成的热Qγf、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf。产生总的切削热Q：Q=Qp+Qγf+Qαf机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用图2.29切削热的来源与传导传导：分别传入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw、周围介质Qf。机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用图2.29切削热的来源与传导切削热的产生及传导关系为：Qp+Qγf+Qαf=Qch+Qc+Qw+Qf(2.29)Qf切削塑性金属时：切削热主要由剪切区变形热和前

3、刀面摩擦热形成。切削脆性金属时：后刀面摩擦热占的比例较多。切削热传至各部分比例：一般情况是切屑带走的热量多。刀具中次之，工件中热量最少。并且它们之间的比例随着切削条件的改变而改变。例如切削钢不加切削液时，它们之间传热比例为：车削时：Qch50%～86%；Qc40%～10%；Qw9%～3%；Qf1%。钻削时：Qch28%；Qc14.5%；Qw52.5%；Qf5%。机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用2.3.2刀具上切削温度的分布切削热的产生与传导决定了切削区域的温度，切削温度直接影响切削过程。通

4、常所说的切削温度，是指切削区域的平均温度。与切削力不同，已经有很多理论推算方法可以较为准确地（与实验结果比较一致）计算切削温度，但这些方法都具有一定的局限性，且应用较繁。现在已经可以用有限元方法求出切削区域的近似温度场，但由于工程问题的复杂性，难免有一些假设。所以最为可靠的方法是对切削温度进行实际测量。机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用通过推算和测定：在切屑中平均温度最高。切削区域内温度最高点是在前刀面上近刀刃处。例如：在切削低碳钢时，若切削速度vc=200m/min、进给量f=0.25mm/r

5、、离切削刃1mm处，温度可达到1000℃，它比切屑中平均温度高2～2.5倍，比工件中平均温度约高20倍。该点最高温度形成的原因：一方面受剪切区变形热的切屑连续摩擦产生的热影响有关；另一方面因热量集中不易散走所致。机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用(1)切削温度计算通过切削区域产生的变形功、摩擦功和热传导，可以近似推算出切削温度值，用θ表示。切削温度是由切削时消耗总功形成的热量引起的。单位时间内产生的切削热q等于消耗的切削功率Pm，即：机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本

6、规律及其应用W(2.30)式中Fz——主切削力（N）；vc——切削速度（m/min）机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用由热量q引起的温度升高量Δθ与材料的密度ρ、比热容c有关，其关系式：(2.31)式中p——单位切削力（N/m2）；c——比热容（J/kg·K）；ρ——密度（kg/m3）。在切削时，可根据单位切削力p、密度ρ和比热容c按式(2.31)计算出切削温度的升高量Δθ，它的单位可用℃表示。表2.7所列为当已知单位切削力p时，计算得到加工不同材料的切削温度值。机械制造技术基础2.3切削热与切

7、削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用表2.7切削温度计算值加工材料p（N/mm2）c（N·m/g·K）ρ（g/cm3）Δθ（℃）钢铅黄铜铝19627358140.460.390.927.88.42.7546224327(2)切削温度测定常用方法：自然热电偶法、人工热电偶法自然热电偶法切削区的平均温度；人工热电偶法工件、刀具和切屑上各点的温度分布，也就是温度场。机械制造技术基础2.3切削热与切削温度第二章金属切削过程的基本规律及其应用1)自然热电偶法原理：如图2.30(a)，两种不同导体A与B的一端连接在一起，如果连接处的

8、小区域处于高温θ作用下（称为热端），A与B的另一端处于室温（或低温）θo（称为冷端），则会产生一个电动势（或称热电势），这两种不同导体的组合称为热电偶。电势的大小与组成热电偶的材料及温差（θ-θo）有关。对于一定的热电偶