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1、机械制造技术基础,第3章 金属切削原理 - 3.3 切削热与切削温度,机械制造及自动化系 王娜君,切削温度高-工艺系统热变形-影响加工精度切削温度高使刀具磨损加剧-限制生产率的提高；使已加工表面产生残余应力、金相组织变化缺陷；适当提高切削温度，对提高硬质合金的韧性有利；利用切削温度自动控制切削速度或进给量；利用切削温度与切削力控制刀具磨损,3.3.切削热与切削温度,切削力产生,弹性变形产生的抗力塑性变形产生的抗力刀具与切屑间的摩擦力刀具与工件间的摩擦力,3,Q产生=Q弹性+Q塑性+Q刀前+Q刀后,力作功,3.3.1切削热的产生与传出,Q传出=Q切屑+Q工件+Q刀具+Q介质,Q产生=Q弹性+Q塑
2、性+Q刀前+Q刀后,切削温度,切削温度： 一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度。,切削温度测定方法,热电偶法,辐射温度计法,其他,自然热电偶法,人工热电偶法,双车刀法,单车刀法,插入刀具法,插入工件法,辐射热计法,PbS电池法,锗光电二极管法,红外线干板（或胶片）法,热敏颜料法,热敏电阻法,量热计法,金属组织观察法,5,3.3.3切削温度及其测量,自然热电偶法： 测量切削区平均温度； 需要具体标定。人工热电偶法： 测量切削区指定点温度 不需要具体标定； 被测点要有足够的空间,7,3.3.2-切削温度分布规律,剪切区内，剪切区等温线与滑移线相近-剪切滑移相等的地方温度相等，沿剪切面方向上各点温度
3、几乎相同；垂直于剪切面方向上的温度有变化.,！剪切变形是切削热的第一来源,8,前刀面和后刀面上的最高温度点都不在切削刃上，而是在离切削刃有一定距离的地方-这是摩擦热沿前、后刀面逐渐增加的缘故； 切削区内前刀面附近温度最高，其次是后刀面附近。,3.3.2-切削温度分布规律,摩擦是切削热的又一来源,10,在靠近前刀面的切屑底层上，温度梯度很大，这说明前刀面上的摩擦热集中在切屑底层，对切屑底层金属的剪切强度会有很大的影响。-切削温度上升会使前刀面上的摩擦系数下降。后刀面的接触长度较小，因此工件已加工表面上温度的升降是在极短的时间内完成的。-刀具通过时，已加工表面受到一次热冲击。,3.3.2-切削温度
4、分布规律,Q产生=Q弹性+Q塑性+Q刀前+Q刀后,Q传出=Q切屑+Q工件+Q刀具+Q介质,3.3.3切削温度的影响因素,分析思路： 切削条件的某项因素的增加，一方面会使产生的热量增加，但另一方面也可能会使传出的热量增加。切削温度的高低就要综合考虑产生的热量和传出的热量。,11,经验公式：C v z f y ap x z：0.30.5之间，Y：0.150.3，X：0.050.1。,1 切削用量的影响-切削用量,切削用量增加均使切削温度增加；切削用量对切削温度的影响顺序：切削速度v 对影响最大；进给量 f 的影响比v 小；背吃刀量ap的影响很小。,1 切削用量的影响-切削速度,13,结论:速度的提
5、高切削温度升高，但不会成正比,使温度提高的原因：切削速度的提高单位时间内切掉的金属量增加，消耗于变形和摩擦的功增加；产生的热量随之增加，热量的传出需要时间，切削速度的提高使产生的热两来不及向外传出。,使温度降低的原因：切削速度的提高单位切削力及切削功率减小。,2 刀具几何参数的影响前角,14,前角大-锋利、容热体积小,前角增大，切削温度下降0 变形F q ；前角继续增大，切削温度下降幅度减小0 20时，因散热面积，对的影响减小,主偏角增大切削温度升高；原因？,15,2 刀具几何参数的影响主偏角,3.2.3切削力的影响因素,主偏角增大切削温度升高；原因？切削刃工作长度减小，切削热集中；刀尖容热体
6、积减少,2 刀具几何参数的影响负倒棱及刀尖圆弧半径,18,1）工件材料的强度、硬度等各项力学性能提高时，产生的切削热增多，切削温度升高；2）工件材料的热导率愈大，通过切屑和工件传出的热量愈多，切削温度下降愈快。 决定产生切削热的性能（强度）同样的情况下，导热系数的不同决定了传出热量的不同，所以切削温度不同。,3 工件材料及热处理状态,刀具磨损的影响 后刀面磨损增大，切削温度升 高; VB达一定值影响加剧; v越 高刀磨损对影响越显著,切削液的影响 浇切削液对切削温度刀具磨损加工质量有明显效果。 热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著,3.6切削液及其合理选用,冷却性能；润滑性能；清
7、洗性能；防锈性能。,合理选用切削液对减轻刀具磨损、提高加工表面质量及加工精度起着重要的作用。,切削液的作用,加工要求考虑从工件材料方面考虑从从刀具方面考虑从加工方法方面考虑,3.6切削液及其合理选用,1）切削钢等塑性材料时-用。2）切削铸铁、青铜等脆性材料时-可不用。3）切削高强度钢、高温合金等难加工材料时-易选用极压切削油或极压乳化液。4）对于铜、铝及铝合金，可采用10%20%的乳化液或煤油等。,粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；,从加工要求考虑从工件材料方面考虑从刀具方面考虑从加工方法方面考虑,3.6切削液及其合理选用,高速钢刀具耐热性差-采用切削液。硬质合金刀具耐热性好通常不用切削液；必用时，可采用低浓度乳化液或润滑、冷却、防锈综合作用好的切削油；且充分连续浇注。,钻孔、铰孔、攻螺纹和拉削等，刀具与已加工表面摩擦严重，易采用乳化液、极压乳化液或极压切削油。成型刀具、齿轮刀具等价格昂贵，要求刀具使用寿命高，可采用极压切削油（如硫化油等）。磨削加工温度很高，还会产生大量的碎屑及脱落的沙粒，因此要求切削液应具有良好的冷却和清洗作用，常采用乳化液，如选用极压型或多效型合成切削液效果更好。,3.6切削液及其合理选用,
