第二章第五节-切削热和切削温度.ppt

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第二章金属切削原理与刀具本章主要内容：

q刀具的结构、材料q切削过程的基本现象q切削用量的选择第五节切削热和切削温度一.切削热的产生和传导研究切削热和切削温度也是分析工件加工质量和刀具寿命的重要内容。

切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。

切削用量对切削热的影响背吃刀量ap切削速度v进给量f第五节切削热和切削温度切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。

切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生热量的百分比增高。

切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。

（1）产生及传散）产生及传散

（2）对加工的影响）对加工的影响产生：

三个变形区产生：

三个变形区传散：

工件传散：

工件刀具刀具介质介质第五节第五节切削热和切削温度切削热和切削温度第五节切削热和切削温度影响切削热的因素：

1.工件材料的导热性能是影响热量传导的重要因素。

工件材料的导热系数越低，通过工件和切屑传导出去的切削热量越少，这就必然会使通过刀具传导出去的热量增加。

切削产生的热量不易传出，切削温度因而随之增高，刀具就容易磨损。

刀具材料的导热系数较高时，切削热易从刀具方面导出，切削区域温度随之降低，这有利于刀具寿命的提高。

第五节切削热和切削温度2.切屑与刀具接触时间的长短，也影响刀具的切削温度。

外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落人机床的容屑盘中，故切屑的热量传给刀具不多。

钻削或其它半封闭式容屑的切削加工，切屑形成后仍与刀具及工件相接触，切屑将所带的切削热再次传给工件和刀具，使切削温度升高。

第五节切削热和切削温度二.切削温度的测量切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。

前刀面的平均温度可近似地认为是剪切面的平均温度和前刀面与切屑接触面摩擦温度之和。

切削温度的测量方法很多，大致可分为热电偶法、辐射温度计法以及其它测量方法。

目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法。

2.影响切削温度的因素影响切削温度的因素

（1）切削温度）切削温度:

刀具表面上刀具表面上与切屑和工件接触处的平均温与切屑和工件接触处的平均温度度

（2）影响因素）影响因素例：

车削钢材时例：

车削钢材时-切削温度切削温度C-常数常数第五节第五节切削热和切削温度切削热和切削温度第五节切削热和切削温度三.影响切削温度的主要因素1.切削用量的影响：

在切削用量三要素中，v的指数最大，f次之，ap最小，Vfap。

这说明切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。

而背吃刀量变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故对切削温度的影响很小。

因此为了有效地控制切削温度以提高刀具寿命，在机床允许地条件下，选用较大的吃刀深度和进给量，比选用大的切削速度更为有利。

第五节切削热和切削温度2.工件材料的影响：

强度越大切削温度越高；导热系数越高切削温度越低；3.刀具几何参数的影响：

1）切削温度随前角增大而降低，但到一定程度时，对切削温度的影响减小；2）主偏角减小时，切削温度下降；4.刀具磨损的影响：

磨损越严重，切削温度越高；5.切削液的影响：

与切削液特性有关。

第五节切削热和切削温度四.切削液作用：

1.冷却作用：

在工件切削加工过程中，能及时而迅速的降低切削区的温度，即降低通常因摩擦引起的温升，冷却液影响切削效率，切削质量及刀具寿命。

2.润滑作用：

能减少切削刀具与工件间摩擦。

润滑液能浸润到刀具与工件及其切屑之间，减少摩擦和粘结，降低切削阻力，保证切削质量，延长刀具寿命。

第五节切削热和切削温度3.洗涤作用：

使切屑或磨料粒子被冲洗而离开刀具和工件的加工区，以防它们相互粘结及粘附在工件、刀具和机床上妨碍加工过程的正常进行。

4.防锈作用：

应有一定的防锈性能，防止工件和机床生锈。

如提高防锈性能，还可部分取代工序间防锈。

第五节切削热和切削温度分类与切削液的选择：

1）水溶液：

它的主要成分是水，并在水中加入一定量的防锈剂，其冷却性能好，润滑性能差，呈透明状，常在磨削中使用。

2）乳化液：

它是将乳化油用水稀释而成，呈乳白色。

为使油和水混合均匀，常加入一定量的乳化剂（如油酸钠皂等）。

乳化液具有良好的冷却和清洗性能，并具有一定的润滑性能，适用于粗加工及磨削。

3）切削油：

它主要是矿物油，特殊情况下也采用动、植物油或复合油，其润滑性能好，但冷却性能差，常用于精加工工序。

第五节切削热和切削温度切削液的性能要求：

1.热容量大，导热性好，具有较好的冷却作用。

2.具有较高的油性或在金属表面的吸附作用。

能使形成的吸附薄膜具有较高的强度，牢固的吸附在金属表面，起到良好的润滑作用。

3.防锈性好，对金属不起腐蚀作用，不会因腐蚀而损坏机床和工件的精度及表面粗糙度。

4.表面张力低，易于均匀扩散，有利于冷却和洗涤作用并具有较好的润滑性。

第五节切削热和切削温度5.使用方便，价格低廉，要求容易配置并最好适用于多种金属材料和多种加工方式（如车、磨、刨等），有一定的透明度，在提高切削速度时不冒烟。

6.对人体无害，无毒、无异味。

不会伤害皮肤及鼻腔粘膜，不刺激眼睛等。

7.稳定性好，使用寿命长。

在长期使用和贮存期间，不分层、不析出沉淀物，不发霉变质。

8.切削废液量较大，考虑废液处理，避免造成环境污染。

第五节切削热和切削温度五.切削温度对工件、刀具和切削过程的影响1.切削温度对工件材料强度和切削力的影响：

切削温度对工件材料强度、切削力影响不大。

原因:

1）在切削速度较高时，变形速度很高，其对增加材料强度的影响，足以抵消高的切削温度使材料强度降低的影响；2）切削温度是在切削变形过程中产生的，因此对剪切面上的应力应变状态来不及产生很大的影响，只对切屑底层的剪切强度产生影响。

第五节切削热和切削温度2.对刀具材料的影响：

提高切削温度，可提高硬质合金韧性，不易崩刃，降低磨损；各类刀具材料在切削各种工件材料时，都有一个最佳切削温度范围。

3.对工件尺寸精度的影响：

主要是工件受热膨胀所致。

刀杆受热膨胀，切削时实际切削深度增加使直径减小。

工件受热变长，但因夹固在机床上不能自由伸长而发生弯曲，车削后工件中部直径变化。

第五节切削热和切削温度4.利用切削温度自动控制切削速度或进给量。

各种刀具材料切削不同的工件材料都有一个最佳切削温度范围。

因此，可利用切削温度来控制机床的转速或进给量，保持切削温度在最佳范围内，以提高生产率及工件表面质量。

第五节切削热和切削温度5.利用切削温度与切削力控制刀具磨损。

运用刀具工件热电偶，能在几分之一秒内指示出一个较显著的刀具磨损的发生。

跟踪切削过程中的切削力以及切削分力之间比例的变化，也可反映切屑碎断、积屑瘤变化或刀具前、后面及钝圆处的磨损情况。

切削力和切削温度这两个参数可以互相补充，以用于分析切削过程的状态变化。

作业作业增大前角切削温度降低的原因是什么?

是否前角越大切削温度越小?

切削温度随前角增大而降低，前角增大切削力下降。

但到一定程度时，对切削温度的影响减小前角增大到一定程度，刀具楔角变小，散热体积减小,切削温度反而上升。