第5章_切削热与切削温度.ppt

金属切削原理及刀具 山东英才学院 第五章 切削热和切削温度¤1 第一节 切削热及其对切削过程的影响 用刀具切削工件而产生的热称为切削热。切削热也是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程有多方面影响。切削热传散到工件上，会引起工件的热变形，因而降低加工精度，工件表面上的局部高温则会恶化已加工表面质量。 传散到刀具上的切削热是引起刀具磨损和破损的重要原因。切削热还通过使刀具磨损对切削加工生产率和成本发生影响。总之，切削热对切削加工的质量、生产率和成本都有直接、间接的影响，研究和掌握切削热产生和变化的一般规律，把切削热的不利影响限制在允许的范围之内，对切削加工生产是有重要意义的。 第二节 切削热的产生与传出 一、切削热的产生 切削热产生于三个变形区，切削过程中，三个变形区内的金属变形与摩擦是产生切削热的根本原因，切削过程中变形与摩擦所消耗的功，绝大部分转化为切削热。下图为切削热产生的部位及传散情况示意图。 切削热的产生与传出示意图 切削热产生的多少及三个变形区产生热量的比例随切削条件不同而不同。加工塑性金属材料时，当后刀面磨损量不大，而切削厚度又较大时，第一变形区内产生的热量最多；当刀具磨损量较大，而切削厚度较小时，第三变形区生热的比例将增大。下图为用硬质合金刀具加工镍、铬、钼、钒、钢时，三个变形区产生热量的比例与切削厚度有关系。 1-第一变形区 2-第二变形区 3-第三变形区 加工铸铁等脆性材料时由于形成崩碎切屑，刀~屑接触长度小，前刀面上的摩擦小，第一、第二变形区生热比例下降，第三变形区产生切削热的比重会相对增加。 二、切削热的传出 切削过程中产生的切削热，将通过切屑、工件、刀具和周围介质向切削区外传散。各途径传散热量的比例与切削形式、刀具、工件材料及周围介质有关。车削加工中50%~86%的热量由切屑带走，40%~10%传入车刀，9%~3%传入工件，1%左右传入空气。钻孔时，28%的热由切屑带走，14.5%传入刀具，52.5%传入工件，5%左右传入周围介质。 另外，切削速度υ对各途径传热比例也有一定的影响。切削速度υ越高，切屑带走的热量则更少，下图表示出了υ对热量传散情况的影响规律。 υ 对切削热传散的影响 Ⅰ—刀具 Ⅱ—工件 Ⅲ—切屑 第三节 切削温度及其测量方法¤2 一、切削温度的概念 通常所说的切削温度，如不加特别指明，均指切屑、工件和刀具接触区的平均温度，用θ表示切削温度的高低，一方面取决于切削过程中产生热量的多少，另外，还与切削热向外传散的快慢有很大关系。 二、切削温度的测量 测量切削温度有多种方法。目前应用较广的是热电偶法。热电偶测量温度的原理如下： 把两种化学成分不同的导体的一端连接在一起，使它们的另一端处于室温状态（称为冷端），那么，当连在一起的一端受热时（称为热端）在冷热端之间就会产生一定的电动势，称为电势，把毫伏表或电位差计接在两导体冷端之间便可测量出热电势的值。实验研究表明，热电势值的大小取决于两种导体材料的化学成分及冷热端之间的温度差。当组成热电偶 的两种材料一定时，经过标定可得到热电势的值与冷热端温度差之间的关系。 1、自然热电偶法 下图为自然热电偶法测切削温度示意图。 自然热电偶法测切削温度图形中：1— 铜销 2— 车床主轴尾部 3— 工件  4— 刀具 5— 毫伏表 6—铜顶尖（与支架绝缘） 自然热电偶法测切削温度时，须事先对刀具和工件两种材料组成的热电偶进行标定，求得热端温度与毫伏表读数值之间关系的标定曲线，这样在测量实际切削时的切削温度时，便可根据毫伏表上的读数从标定的曲线上查出其对应的温度值。 2、人工热电偶法 人工热电偶法测工件或刀具上各点的温度 在研究工件、刀具、刀屑上各点温度分布规律时，往往需要了解切削区内各点的切削温度。为此，可采用人工热电偶法进行测量。 人工热电偶测工件和刀具上各点温度的示意图见下图。 1— 工件 2— 刀具 3— 毫伏表 测量时，将热端通过工件（或刀具）上的小孔固定在被测点上，冷端用导线串接在毫伏上，由于两金属丝组成的人工热电偶已事先经过标定，所以在实际测温时，根据毫伏表中的数值便可从标定曲线上查得其对应的温度值，即工件或刀具上被测点的温度值。改变测量的位置并利用传热学原理进行推算，可得出刀具或工件表面上温度分布的情况。 3、温度的分布规律 温度分布规律见下图。 工件材料：GCr15 刀具：YT14γo=0o，bD=5.8mm，hD=0.35mm，υc=1.33m·s-1 从图中可以看出，前、后刀面上的最高温度都在离开切削刃一段距离处。（该处称为温度中心）。这是由于切削塑性金属材料时，切屑在沿前刀面流出过程中，摩擦热逐渐增加积累，至粘结区和滑动区交界处，达到最大值。之后摩擦逐渐减小，加工散热条件改善，切削温度