第五切削热和切削温学习教案

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1、会计学1第五第五(d w)切削热和切削温切削热和切削温第一页，共25页。式中式中:qs:qs工件材料的弹、塑性变形所产生的热量；工件材料的弹、塑性变形所产生的热量； qr qr切屑与前刀面、加工表面和后刀面的摩擦所产生的热量；切屑与前刀面、加工表面和后刀面的摩擦所产生的热量； qc qc切屑带走的热量；切屑带走的热量； qt qt刀具传出的热量；刀具传出的热量； qw qw工件传出的热量；工件传出的热量； qm- qm-辐射及周围介质辐射及周围介质(jizh)(jizh)(如空气、切削液等如空气、切削液等) )带走的热带走的热量。量。 据实验得出：车削时，热的传出大致为： 切屑占50%86%，

2、刀具占40%10%，工件(gngjin)占9%3%， 周围介质占1%。 具体值与工件(gngjin)、刀具材料的导热系数、切削用量、刀具几何参数等有关。 第1页/共25页第二页，共25页。工件和刀具材料不同，组成热电偶两工件和刀具材料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温极，切削时刀具与工件接触处的高温产生产生(chnshng)(chnshng)温差电势，通过电温差电势，通过电位差计测得切削区的平均温度。位差计测得切削区的平均温度。利用红外辐射原理，借助利用红外辐射原理，借助(jizh)(jizh)热敏感元件，测量切削区温度。可热敏感元件，测量切削区温度。可测量切削区侧面温度场。测

3、量切削区侧面温度场。 用不同材料、相互绝缘金属丝作热电偶两极（见图）。mVmV图图 人工热电偶人工热电偶工件刀具金属丝小孔 可测量刀具或工件指定点温度，可测最高温度及温度分布场。5.3 5.3 切削温度的测量切削温度的测量第2页/共25页第三页，共25页。5.4 5.4 影响切削影响切削(qixio)(qixio)温度温度的主要因素的主要因素第3页/共25页第四页，共25页。一、切削用量一、切削用量实验得出实验得出(d ch)(d ch)的切削温度的经验公式为的切削温度的经验公式为 xpyzcafvC 式中式中:实验测出的切屑接触区的平均温度实验测出的切屑接触区的平均温度(wnd)()(wnd

4、)()； C: C:切削温度切削温度(wnd)(wnd)系数；系数； vc:vc:切削速度切削速度(m(mmin)min)； f: f:进给量进给量(mm(mmr)r)； ap:ap:背吃刀量背吃刀量(mm);(mm); z z、yy、x: x: 切削速度、进给量、背吃刀量的指数。切削速度、进给量、背吃刀量的指数。 实验得出，用高速钢或硬质合金刀具切削中碳钢时，实验得出，用高速钢或硬质合金刀具切削中碳钢时， 、 z z、yy、xx值见表值见表5 51 1。 第4页/共25页第五页，共25页。q 切削用量的影响(yngxing) :用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；C:与工件、刀

5、具(doj)材料和其它切削参数有关的切削温度系数；Z、Y、X :vc、f、ap 的指数。经验(jngyn)公式ZyxcpC vfa 刀具材料加工方法高速钢车削1401700.350.450.20.30.080.10铣削80钻削150硬质合金车削320f (mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削温度的系数及指数第5页/共25页第六页，共25页。表表5 51 1 切削温度切削温度(wnd)(wnd)公式中的公式中的、zz、 y y、xx值值 第6页/共25页第七页，共25页。1 1、切削用量、切削用量vcvc、f f、apap增大时，变形和摩擦增大时，变形和摩擦(

6、mc)(mc)加剧，切削功耗增大，加剧，切削功耗增大，切削温度升高。但程度不一，切削温度升高。但程度不一，vcvc最为显著，最为显著， f f次之，次之，apap最小。这最小。这是因为：是因为：vcvc增加，增大，变形小，虽切削力略下降，但切屑与增加，增大，变形小，虽切削力略下降，但切屑与前刀面的接触长度减短，前刀面的接触长度减短， 散热条件差；散热条件差； f f增加，增加，apap增大，变形减小，压力中心较远离刀尖，散热条件增大，变形减小，压力中心较远离刀尖，散热条件有所改善；有所改善；apap增加，参加工作的刀刃长度按比例增大，散热条件增加，参加工作的刀刃长度按比例增大，散热条件同时得到

7、改善。同时得到改善。 由此可见，在金属切除率相同的条件下，为降低切削温度，由此可见，在金属切除率相同的条件下，为降低切削温度， 防止刀具迅速磨损，提高刀具耐用度，增加防止刀具迅速磨损，提高刀具耐用度，增加apap或或f f远比增加远比增加vcvc更为更为有利。有利。 第7页/共25页第八页，共25页。第8页/共25页第九页，共25页。2 2、几何参数、几何参数（1 1）刀具前角）刀具前角oo。实验结果表明：。实验结果表明：oo增大，变形、摩擦减小，产生增大，变形、摩擦减小，产生的热量少，则温度的热量少，则温度(wnd)(wnd)下降；但下降；但oo增到增到18182020后，因楔角后，因楔角o

8、o减减小，散热条件差，会对温度小，散热条件差，会对温度(wnd)(wnd)的影响程度减小。的影响程度减小。 （2) 2) 刀具主偏角刀具主偏角rr。rr减小，使减小，使acac减小，减小，awaw增大，刀具散热条件得增大，刀具散热条件得到改善，故温度到改善，故温度(wnd)(wnd)下降。下降。 （3) 3) 负倒棱负倒棱br1br1、rr。它们既使变形增大，同时又改善散热条件，因。它们既使变形增大，同时又改善散热条件，因此对温度此对温度(wnd)(wnd)的影响不大。的影响不大。 第9页/共25页第十页，共25页。图图 o o与与的关系的关系(gun x) (gun x) 第10页/共25页

9、第十一页，共25页。图图 r r与与的关系的关系(gun x) (gun x) 第11页/共25页第十二页，共25页。3 3、工件材料、工件材料主要通过本身主要通过本身(bnshn)(bnshn)的强度、硬度、导热系数等对切的强度、硬度、导热系数等对切削温度产生影响。削温度产生影响。 强度、硬度增大时产生的切削热增多，切削温度升高。强度、硬度增大时产生的切削热增多，切削温度升高。 如低碳钢，强度、硬度较低，变形小，产生的热量少，如低碳钢，强度、硬度较低，变形小，产生的热量少，且导热系数大，热量传出快，所以切削温度很低；且导热系数大，热量传出快，所以切削温度很低；40Cr40Cr硬度硬度接近中碳

10、钢，强度略高，但导热系数小，切削温度高；接近中碳钢，强度略高，但导热系数小，切削温度高； 切削脆性材料时，塑性变形小，形成崩碎切屑，摩擦小，切削脆性材料时，塑性变形小，形成崩碎切屑，摩擦小，切削温度低。切削温度低。 第12页/共25页第十三页，共25页。4 4、刀具磨损、刀具磨损主后刀面磨损后，产生后角为零的窄边，使切削刃的切削作用降主后刀面磨损后，产生后角为零的窄边，使切削刃的切削作用降低，推挤力和摩擦力增大，功耗增加低，推挤力和摩擦力增大，功耗增加(zngji)(zngji)，产生的热量增多，产生的热量增多，故使切削温度上升。刀具磨损量增大，故使切削温度上升。刀具磨损量增大， 切削温度增高

11、；切削温度增高； 使用切削液可以减少刀具切屑工件之间的摩擦，带走大量磨使用切削液可以减少刀具切屑工件之间的摩擦，带走大量磨擦热。切削液可显著降低切削温度。擦热。切削液可显著降低切削温度。 第13页/共25页第十四页，共25页。q 刀具几何参数(cnsh)的影响 q 工件(gngjin)材料的影响 vc（m/min）图 切削速度、工件材料对切削温度的影响1GH131 21Cr18Ni9Ti 345钢(正火) 4HT200刀具材料：YT15；YG8刀具几何参数：o=15，o=68，r=75，1= -10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r（）10305

12、0709011013040060080010001243q 刀具磨损的影响 q 冷却液的影响 第14页/共25页第十五页，共25页。为探讨为探讨(tnto)(tnto)刀具的磨损部位、工件材料性能的变化刀具的磨损部位、工件材料性能的变化情况、已加工表面层材质变化等，应进一步研究工件、切屑情况、已加工表面层材质变化等，应进一步研究工件、切屑和刀具上各点的温度分布，即温度场。和刀具上各点的温度分布，即温度场。 温度场可用人工热电偶法或其它方法（如红外线胶片法）温度场可用人工热电偶法或其它方法（如红外线胶片法）测出。图测出。图5 52121和图和图5 52222所示分别是切削钢料时主剖面内切所示分别

13、是切削钢料时主剖面内切屑、屑、 工件、刀具的温度场和车削不同工件材料时，主剖面内工件、刀具的温度场和车削不同工件材料时，主剖面内前、前、 后刀面的温度场。后刀面的温度场。 5.5 5.5 切削温度切削温度(wnd)(wnd)的分的分布布第15页/共25页第十六页，共25页。TJ University750刀具图5-21 二维切削中的温度分布 工件材料：低碳易切钢； 刀具：o=30，o=7； 切削用量：ap=0.6mm， vc =0.38m/s； 切削条件：干切削， 预热611C第16页/共25页第十七页，共25页。图图 5-22 5-22 切削不同切削不同(b tn)(b tn)材料时的温度场

14、材料时的温度场 第17页/共25页第十八页，共25页。通过温度场分析得知：通过温度场分析得知： (1(1） 剪切面上各点温度几乎相等。可见剪切面上的应力剪切面上各点温度几乎相等。可见剪切面上的应力应变基本上是相等的；该处的温度是变形功所造成，在变形后应变基本上是相等的；该处的温度是变形功所造成，在变形后才升高的。才升高的。 (2(2） 前、后刀面的最高温度都不在刀刃上，而是在离刀前、后刀面的最高温度都不在刀刃上，而是在离刀刃有一定的距离处。所以形成这样刃有一定的距离处。所以形成这样(zhyng)(zhyng)的分布，是由于的分布，是由于前刀面靠近刀刃的部分，因内摩擦所造成的摩擦热沿刀面不断前刀

15、面靠近刀刃的部分，因内摩擦所造成的摩擦热沿刀面不断增加，而在后边一段，内摩擦转化为外摩擦，摩擦热逐渐减少，增加，而在后边一段，内摩擦转化为外摩擦，摩擦热逐渐减少，热量又在不断传出，所以温度逐渐下降。热量又在不断传出，所以温度逐渐下降。 第18页/共25页第十九页，共25页。(3(3） 在切屑厚度方向上切削温度梯度很大，靠近前刀面的一层在切屑厚度方向上切削温度梯度很大，靠近前刀面的一层( (即底层即底层) )上温度很高，而离前刀面上温度很高，而离前刀面0.10.10.2 mm0.2 mm处，温度就可能下降处，温度就可能下降一半，一半， 这说明前刀面上的摩擦热集中在切屑的底层。因此摩擦热对这说明前

16、刀面上的摩擦热集中在切屑的底层。因此摩擦热对切屑底层金属的剪切强度及其与前刀面的摩擦系数有很大的影响，而切屑底层金属的剪切强度及其与前刀面的摩擦系数有很大的影响，而切屑上层金属强度则不会有显著的改变切屑上层金属强度则不会有显著的改变(gibin)(gibin)。 (4(4） 在剪切区中，垂直剪切面方向上的温度梯度也很大，这是在剪切区中，垂直剪切面方向上的温度梯度也很大，这是因为当切削速度增高时，热量来不及传出所致。因为当切削速度增高时，热量来不及传出所致。 第19页/共25页第二十页，共25页。(5(5） 后刀面与工件的接触长度较小，温度的升、降是在后刀面与工件的接触长度较小，温度的升、降是在

17、极短时间内完成的，因此加工表面受到的只是一次热冲击。极短时间内完成的，因此加工表面受到的只是一次热冲击。 (6(6）工件材料塑性愈大，前刀面上的接触长度愈大，切）工件材料塑性愈大，前刀面上的接触长度愈大，切削温度的分布也就愈均匀；反之工件材料的脆性愈大，则最削温度的分布也就愈均匀；反之工件材料的脆性愈大，则最高温度所在的点离刀刃愈近。高温度所在的点离刀刃愈近。 (7(7） 工件材料的导热系数愈小，刀具前、后刀面的温度工件材料的导热系数愈小，刀具前、后刀面的温度愈高，愈高， 这是一些高温合金这是一些高温合金(hjn)(hjn)和钛合金和钛合金(hjn)(hjn)切削加工切削加工性差的主要原因之一

18、。性差的主要原因之一。 第20页/共25页第二十一页，共25页。第21页/共25页第二十二页，共25页。5.6 5.6 切削切削(qixio)(qixio)温度对工件、刀具和切削温度对工件、刀具和切削(qixio)(qixio)过程的影响过程的影响指的是对刀具、工件及切削指的是对刀具、工件及切削(qixio)时产生的各种物理现象的影时产生的各种物理现象的影响响第22页/共25页第二十三页，共25页。1 1、切削温度指的是刀、屑、工件接触面的平均温度。、切削温度指的是刀、屑、工件接触面的平均温度。2 2、切削温度不仅取决于产生热量的多少，还取决于散、切削温度不仅取决于产生热量的多少，还取决于散热

19、条件热条件(tiojin)(tiojin)。3 3、切削温度的分布很复杂，最高切削温度出狱离切削、切削温度的分布很复杂，最高切削温度出狱离切削刃一定距离的刀具前面上。刃一定距离的刀具前面上。4 4、切削速度、刀具前角及工件材料是影响切削温度的、切削速度、刀具前角及工件材料是影响切削温度的主要因素。主要因素。5 5、切削温度对切削过程的影响。、切削温度对切削过程的影响。第23页/共25页第二十四页，共25页。1 1、影响切削热产生和传出的因素有哪些？、影响切削热产生和传出的因素有哪些？2 2、通常说的切削温度是指的何处的温度，是用什么、通常说的切削温度是指的何处的温度，是用什么(shn me)(shn me)方方法测得的？法测得的？3 3、试述切削温度的分布特点。、试述切削温度的分布特点。4 4、分析切削用量及刀具参数对切削温度的影响。、分析切削用量及刀具参数对切削温度的影响。5 5、9696页思考题的页思考题的 1 1、4 4、5 5、 6 6题。题。第24页/共25页第二十五页，共25页。