切削热与切削温度.ppt

§3-3 切削热与切削温度 一、切削热的来源与传出 二、 切削区温度的分布和切削温度的测定 三、切削热对切削过程的影响 2．切削用量 3． 刀具几何参数 * 切削热与切削温度是切削过程中产生的又一重要物理现象。切削过程中切削力所作的机械功的绝大部分将转化成热能，即切削热。若切削热不及时传散，则切削区的平均温度将大幅度地上升。切削温度的升高，一方面使切削区工件材料的强度、硬度下降，且使切削区工件材料的强度、硬度下降，且使一些耐热性好、脆性大的刀具材料（如硬质合金、陶瓷材料等）的韧性有所改善，从而使切削过程进行比较顺利；但另一方面切削温度的升高，会加速刀具的磨损，使工件和机床产生热变形，影响零件的加工精度，造成工件表面的热损伤等。因此，研究切削热和切削温度的变化规律，是研究金属切削过程的一个重要方面。 切削过程中变形和摩擦所消耗功的98%～99%转变为热能。如图3-21所示，切削热来源于三个变形区。在第一变形区内由于切削材料发生弹性变形和塑性变形产生大量的热量，分别用Q弹、Q塑表示；第二变形区由于刀具前面跟切屑摩擦产生的热量，用Q前摩表示；第三变形区由于刀具后面跟工件摩擦产生的热量，用Q后摩表示。 三个热源产生热量的比例与工件材料、切削条件等有关。切削塑性材料，当切削厚度较大时，以第Ⅱ变形区产生的热量为最多，约占60%～80%；当切削厚度很小时，由于严重的挤压作用，第Ⅲ变形区所产生的热量占相当大的比重。加工脆性材料时，因形成崩碎切屑，刀—屑接触长度很小，故第Ⅱ变形区产生的热量比重下降，而第Ⅲ变形区产生热量的比重相应增加。 切削时所产生的热量由切屑、工件、刀具及周围介质传出，分别用Q屑、Q工 、Q刀 、Q介表示。 上述切削热产生的产生和传散可以写出平衡方程式： Q=Q弹+Q塑+Q前摩+Q后摩=Q屑+Q工+Q刀 +Q介 通常所指的切削区温度是指切屑、工件与刀具接触表面上的平均温度。实际上，切屑、工件和刀具上各点处的温度是不相同的。 2．切削温度的测定 目前比较成熟的有自然热电偶和人工电偶法。 切削温度高低决定于产生热量多少和传散热量的快慢两方面。凡是能减小切削过程产生热量的因素和改善散热条件的因素，都能降低切削温度。 1．工件材料 材料的强度、硬度高，切削时消耗的切削功率越多，产生的切削温度也高。如加工合金钢产生的切削温度较加工45钢高30%； 材料的导热系数越低，切削区散热越慢，切削温度越高。不锈钢导热系数较45钢小3倍，故切削时产生的切削温度多于45钢40%。 加工脆性金属材料时，由于切屑呈崩碎状，与前面的摩擦较小，切削变形也较小，故产生的切削温度较低。 切削用量中对切削温度影响最大的是切削速度，其次是进给量f，背吃刀量影响最小。因为当切削用量 、f、 增大时，变形和摩擦加剧，切削功率增大，所以切削温度升高。但 增大后，主切削刃参加切削的长度以相同比例增加，显著改善了散热条件；f增大，切屑与前刀面接触长度增加，切屑变形减小，切屑带走的热量也增加，散热条件有所改善； 增高，虽然使切削力略为减少，但切屑与前刀面接触长度减短，散热条件较差。实验得出，当切削速度增大一倍时，切削温度约增高20%~30%，当进给量f增加一倍，切削温度增高10%左右，当背吃刀量增加一倍时，切削温度只增高约4%。 前角增大，变形和摩擦减小，切削温度降低；但前角太大，散热体积减小，切削温度反而上升，因此，刀具前角有一最佳值。如图3-26中加工条件下的最佳前角约为15° 主偏角增大，在相同的背吃刀量下，主切削刃参加切削的长度缩短，传热面积减小，切削热相对集中，同时还使刀尖角减小，散热条件变差，切削温度升高。如图3-27所示。 4．刀具磨损 刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方对切屑的挤压作用增大，塑性变形增加，从而使切削力及功率的消耗增加。所以当刀具磨损严重后切削温度会急剧升高。 5．切削液 使用切削液带走大量热量，切削温度降低。具体作用详见后章。 *