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1、切削热与切屑温度切削热和由此产生的切削温度是切削过程中产生的又一重要的物 理现象。它们直接影响着刀具的磨损和耐用度，是影响刀具寿命的主 要因数；使工件和机床产生热变形，降低零件的加工精度和外表质量。 因此，研究切削热和切削温度的产生及变化规律具有重要的实际意义。 一、切削热1 切削热的产生切削热是由切削功转变而来的。一是切削层发生的弹、塑性变形 功；二是切屑与前刀面间消耗的摩擦功。具体在三个变形区内产生。 其中包括： 第一变形区即剪切区的变形功转变的热。 第二变形区即切屑与刀具前面之间的摩擦功转变的热。 第三变形区即已加工外表与后刀面间的摩擦功转变的热。产生的总热量为三个变形区产生的热量之和。
2、在切削塑性金属材 料时切削热主要是有剪切区变形和后刀面摩擦形成；切削脆性金属时 那么是后刀面摩擦热所占的比例多。如果忽略进给运动所消耗的功，并假定主运动所消耗的功全部转 化为热能，那么单位时间内产生的热量Q单位为J/min可由下式算 出。Q=Fcvc 1-2-8由此可以看出，但凡影响主切削力Fc的因素都将影响影响切削热 的产生。2 切削热的传散切削热是由切屑、刀具、工件和周围介质空气和切削液传出分别用Qch、Qc、Qw和Qf表示。切削热产生与传出的关系为Q=QchQcQwQf 1-2-9切削热传出的比例大致为：车削加工干切削时， Qch50%86%、 Qc40%10%、 Qw 9%3%、 Qf
3、 1%。钻削加工时， Qch28%、 Qc%、 Qw%、 Qf5%。热量传散的比例与切削速度有关，切削速度增加时，由摩擦生成 的热量增多，但是由切屑带走的热量也增加，在刀具中热量减少，在工件中热量更少。所以高速切削时，切屑中温度很高，在刀具和工件 中温度较低，这有利于切削加工的顺利进行。影响切削热传出的主要因素是工件和刀具的热导率以及周围介质 的状况。二切削温度切削热是通过切削温度对刀具和工件产生作用的，切削温度一般 是指切屑与刀具前面接触区域之间的平均温度。有实验测定，刀具前 面上切削温度最高的地方不是在切削刃上，而是距切削刃有一小段距 离。三、影响切削温度的因素切削温度的上下一方面决定于单
4、位时间内产生的热量，同时又决 定于单位时间内传散的热量，所以切削温度是产生热量和传散热量的 综合结果。例如产生热量超过传散热量那么温度升高，反之那么温度 降低。影响产热和散热的因素主要有工件材料、切削用量、刀具的几 何参数等。1工件材料对切削温度的影响工件材料是通过强度、硬度和导热系数等性能的不同对切削温度 产生影响的。材料的强度、硬度高，切削力，产生的热量多；材料的塑性好， 切削变形大，产生的热量也多；因此，切削温度高。工件材料的热导 率大，热量易传出，那么切削温度低。如和中碳钢相比，低碳钢的强度、硬度低，热导率大，因此，产 生的热量少，传热快，切削温度低；高碳钢的强度、硬度高，但热导 率接
5、近中碳钢，因此，产生的热量多，传热慢，切削温度高。2切削用量对切削温度的影响切削用量三要素对切削温度的影响如图1-2-2021。图1-2-2021削用量三要素对切削温度的影响 背吃刀量ap背吃刀量ap增加，产生的热量增加，但是，切削 宽度bD bD=ap/sinr按比例增加，刀具的传热面积按比例增加，显 著改善了刀头的散热条件，最终切削温度略有增加。实验说明：背吃 刀量ap增加一倍，切削温度约增加7%。 进给量f进给量f增加，产生的热量增加。随着进给量f的增 大，切削厚度hDhD=fsinr按比例增大，切屑的热容量增大，但是, 切削宽度 bD 不变，使刀具的传热面积未按比例增加，刀头的散热条件
6、 没有改善。因此，切削温度有所增加。实验说明，进给量增加一倍， 切削温度约增加 18%。由以上背吃刀量ap和进给量f对切削温度的影响分析可知，在生 产实践中，为了控制切削温度，应该采用薄而宽的切削层断面形状。 切削速度 vc 切削速度 vc 增加，变形功和摩擦功转变的热量 急剧增多，此时尽管切屑带走的热量也多，但是刀具传热能力没有变 化，切削温度急剧升高。实验说明，切削速度增加一倍，切削温度约 增加 30%。切削用量对切削温度的影响规律在切削加工中具有重要意义。例 如，分别增加vc、ap和f均能使切削效率按比例提高，但为了减少刀 具磨损、保持高的刀具寿命，减小对工件加工精度的影响，可先设法 增
7、大背吃刀量ap,其次增大进给量f,最后提高切削速度vc。但是， 在刀具材料和机床性能允许的条件下，尽量提高切削速度vc，以进行 高效率、高质量的切削。3 刀具几何参数对切削温度的影响在刀具几何参数中，影响切削温度最为明显的是前角Y。、主偏角 r、和刀尖圆弧半径r。 前角Yo前角Yo增大，切削变形减小，刃口锋利，由变形功 和摩擦功转化的热量少，切削温度降低。反之，切削温度升高。实验 证明，前角从10o增大到25o时，切削温度降低约25%。但超过这个 范围，前角太大，楔角Bo减小，传热体积小，切削温度反而升高。 因此，在一定的切削条件下，均有一个产生最低温度的最正确前角Yo 值，如图1-2-21
8、中加工条件下的最正确前角约为 15o。 主偏角 r 在 ap 相同的情况下，主偏角 r 增大，主切削刃工作 长度缩短，刀尖角叮减小，传热面积减少，切削热相对集中，从而提 高了切削温度。反之，切削温度降低。如图 1-2-22。由此可见，当工 艺系统刚性足够时，为降低切削温度，可采用较小的主偏角 r。图1-2-21前角对切削温度的影响-主图1-2-22主偏角对切削温度的影响 刀尖圆弧半径r刀尖圆弧半径增大，平均主偏角减小，切削 宽度bD增大，传热体积增大，切削温度降低。4其它影响切削温度的因素 刀具磨损 刀具磨损后，切削刃变钝，变形加大。同时，后刀 面磨损处后角为零，摩擦加大。切削温度升高。 切削液 采用冷却性能良好的切削液能有效的降低切削温度。 采用喷雾冷却法，使雾状的切削液在切削区受热后汽化，也能吸收大 量的热量。从而减低切削温度。 刀具材料刀具材料的热导率高，切削热易从刀具中传出，也 能降低切削区的温度。
数控技术专业《4切削热与切削温度》
