第五章 切削熱和切削溫度.ppt

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1、第五章切削熱和切削溫度一、切削熱來源工件切屑刀具圖切削熱的來源與傳出★主要來源QA=QD+QFF+QFR★切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠崾街?，QD,QFF,QFR分別為切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量5.1切削熱的產(chǎn)生與傳出三個(gè)發(fā)熱區(qū)與三個(gè)變形區(qū)相對應(yīng)：剪切面切屑與前刀面接觸區(qū)后刀面與過渡表面接觸區(qū)Q=Pm＝Fzν切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去切削熱傳出切削中所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱量。三個(gè)變形區(qū)就是三個(gè)發(fā)熱區(qū)，即切削熱來自工件材料的彈、

2、塑性變形和前、后刀面的摩擦。當(dāng)產(chǎn)生的熱和傳出的熱相等，即達(dá)動(dòng)態(tài)熱平衡時(shí)有：式中:qs—工件材料的彈、塑性變形所產(chǎn)生的熱量；qr—切屑與前刀面、加工表面和后刀面的摩擦所產(chǎn)生的熱量；qc—切屑帶走的熱量；qt—刀具傳出的熱量；qw—工件傳出的熱量；qm-輻射及周圍介質(zhì)(如空氣、切削液等)帶走的熱量。據(jù)實(shí)驗(yàn)得出：車削時(shí)，熱的傳出大致為：切屑占50%～86%，刀具占40%～10%，工件占9%～3%，周圍介質(zhì)占1%。具體值與工件、刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)、切削用量、刀具幾何參數(shù)等有關(guān)。自然熱電偶法工件和刀具材

3、料不同，組成熱電偶兩極，切削時(shí)刀具與工件接觸處的高溫產(chǎn)生溫差電勢，通過電位差計(jì)測得切削區(qū)的平均溫度。利用紅外輻射原理，借助熱敏感元件，測量切削區(qū)溫度。可測量切削區(qū)側(cè)面溫度場?！镉貌煌牧?、相互絕緣金屬絲作熱電偶兩極（見圖）。mV圖人工熱電偶工件刀具金屬絲小孔★可測量刀具或工件指定點(diǎn)溫度，可測最高溫度及溫度分布場。人工熱電偶法紅外測溫法5.3切削溫度的測量切削溫度：前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。影響切削溫度的主要因素：工件材料的力學(xué)物理性能、切削用量、刀具幾何參數(shù)、冷卻條件等*切削用量（切削速度、進(jìn)給

4、量、切削深度）*刀具幾何參數(shù)（前角、主偏角、負(fù)倒棱及刀尖圓弧半徑）*工件材料（硬度和強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、抗拉強(qiáng)度和延伸率）*刀具磨損*切削液5.4影響切削溫度的主要因素一、切削用量實(shí)驗(yàn)得出的切削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式為式中:θ:實(shí)驗(yàn)測出的切屑接觸區(qū)的平均溫度(℃)；Cθ:切削溫度系數(shù)；vc:切削速度(m／min)；f:進(jìn)給量(mm／r)；ap:背吃刀量(mm);zθ、yθ、xθ:切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量的指數(shù)。實(shí)驗(yàn)得出，用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具切削中碳鋼時(shí)，Ｃθ、zθ、yθ、xθ值見表5－1。切削用量的影響θ

5、:用自然熱電偶法測出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度(?C)；Cθ:與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù)；Zθ、Yθ、Xθ:vc、f、ap的指數(shù)。經(jīng)驗(yàn)公式刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削溫度的系數(shù)及指數(shù)表5－1切削溫度公式中的Ｃθ、zθ、yθ、xθ值1、切削用量vc、f、ap增大時(shí)，變形和摩擦加劇，切削功耗增大，

6、切削溫度升高。但程度不一，vc最為顯著，f次之，ap最小。這是因?yàn)椋簐c增加，￠增大，變形小，雖切削力略下降，但切屑與前刀面的接觸長度減短，散熱條件差；f增加，ap增大，變形減小，壓力中心較遠(yuǎn)離刀尖，散熱條件有所改善；ap增加，參加工作的刀刃長度按比例增大，散熱條件同時(shí)得到改善。由此可見，在金屬切除率相同的條件下，為降低切削溫度，防止刀具迅速磨損，提高刀具耐用度，增加ap或f遠(yuǎn)比增加vc更為有利。2、幾何參數(shù)（1）刀具前角γo。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：γo增大，變形、摩擦減小，產(chǎn)生的熱量少，則溫度下降；但γo

7、增到18°～20°后，因楔角βo減小，散熱條件差，會(huì)對溫度的影響程度減小。（2)刀具主偏角κr。κr減小，使ac減小，aw增大，刀具散熱條件得到改善，故溫度下降。（3)負(fù)倒棱br1、rε。它們既使變形增大，同時(shí)又改善散熱條件，因此對溫度的影響不大。圖γo與θ的關(guān)系圖κr與θ的關(guān)系3、工件材料主要通過本身的強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)熱系數(shù)等對切削溫度產(chǎn)生影響。強(qiáng)度、硬度增大時(shí)產(chǎn)生的切削熱增多，切削溫度升高。如低碳鋼，強(qiáng)度、硬度較低，變形小，產(chǎn)生的熱量少，且導(dǎo)熱系數(shù)大，熱量傳出快，所以切削溫度很低；40Cr硬度

8、接近中碳鋼，強(qiáng)度略高，但導(dǎo)熱系數(shù)小，切削溫度高；切削脆性材料時(shí)，塑性變形小，形成崩碎切屑，摩擦小，切削溫度低。4、刀具磨損主后刀面磨損后，產(chǎn)生后角為零的窄邊，使切削刃的切削作用降低，推擠力和摩擦力增大，功耗增加，產(chǎn)生的熱量增多，故使切削溫度上升。刀具磨損量增大，切削溫度增高；使用切削液可以減少刀具－切屑－工件之間的摩擦，帶走大量磨擦熱。切削液可顯著降低切削溫度。刀具幾何參數(shù)的影響前角?o↑→切削溫度↓主偏角?r↓→切削溫度↓負(fù)倒棱及刀尖圓弧半徑對切削