第5章-切削熱和切削溫度ppt課件.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)生的熱量第一節(jié)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(duì)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、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

2、，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)。盡管切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度，而不是切削熱。切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。測(cè)

3、量方法有：第三節(jié)切削溫度的測(cè)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*切削用量的影響（切削速度、進(jìn)給量、切削深度）*刀具幾何參數(shù)的影響（前角、主偏角、負(fù)倒棱及刀尖圓弧半徑）*工件材料的影響（硬度和強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、抗拉強(qiáng)度和延伸率）*刀具磨損的影響*切削液的影響（熱導(dǎo)率、比熱容、流量）第四節(jié)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(cè)出的切屑接觸區(qū)的平均溫度(℃)；Cθ:切削溫度系數(shù)；zθ、yθ、xθ:切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量的指數(shù)

4、。vc、f、ap增大時(shí)，變形和摩擦加劇，切削功耗增大，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，切削力略下降;單位時(shí)間內(nèi)金屬切削量成比例增加。f增加，切削厚度ac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(zhǎng)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。實(shí)驗(yàn)測(cè)得vc、f、ap對(duì)切削溫度的影響如圖：二、刀具幾何參數(shù)的影響?yīng)?.前角?o對(duì)切削溫度的影響前角增大，使

5、切削力下降，切屑的變形減輕小，使產(chǎn)生的切削熱減少，從而降低了切削溫度。事實(shí)上，切削溫度的高低不僅取決于工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱量的多少，還受工藝系統(tǒng)散熱條件的影響。前角大于18°~20°后，對(duì)切削溫度的影響減小，因?yàn)樾ń亲冃《股狍w積減小。2.主偏角Kr對(duì)切削溫度的影響主偏角Kr減小時(shí)，使切削寬度增大，切削厚度減?。ㄇ邢髯冃魏湍Σ磷兇螅?，同時(shí)，切削寬度增大后，散熱條件改善，又有利于降低切削溫度。因此，當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性足夠時(shí)，采用小的主偏角切削，是降低切削溫度、提高刀具的耐用度的一個(gè)重要措施，尤其是切削難加工材料時(shí)效果更顯著。3.負(fù)倒棱br1、刀尖圓弧半徑rε它們

6、既使變形增大，同時(shí)又改善散熱條件，因此對(duì)溫度的影響不大。3、工件材料的影響?yīng)ブ饕ㄟ^本身的強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)熱系數(shù)等對(duì)切削溫度產(chǎn)生影響。工件的材料、速度對(duì)切削溫度的影響（）。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。如圖4、刀具磨損的影響?yīng)ブ骱蟮睹婺p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

7、多，故使切削溫度上升。刀具磨損量增大，切削溫度增高；5、切削液的影響利用切削液的潤(rùn)滑功能降低摩擦系數(shù)，減少切削熱的產(chǎn)生，也可利用它的冷卻功用吸收大量的切削熱，所以采用切削液是降低切削溫度的重要措施。切削液對(duì)切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱容、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關(guān)系。從導(dǎo)熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。如果用乳化液代替油類切削液，加工生產(chǎn)率可提高50％一100％。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(duì)切削溫度影響很小工件材料的影響工件材料機(jī)械性能↑-→切削

8、溫度↑工件材料導(dǎo)熱性↑-→切削溫度↓刀具磨損的影響切削液的影響后刀面磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對(duì)切