第5章 切削温度和切削热_zp
合集下载
第5章 切削热与切削温度
切削热传入 对象 车削 钻削
切屑 50%～86% 28%
工件 3%～9% 52.5%
刀具 10%～40% 14.5%
周围介质 1% 5%
表5-1 切屑、工件、刀具中切削热的分布
5.2 切削温度的测量方法
切削温度的测定方法很多，有热电偶法、辐射测温法等。但目前广为应 用的是热电偶法。它具有简单、可靠，使用方便的优点。 5.2.1 热电偶法 热点偶法包括自然热点偶法和人工热电偶法。 1.自然热电偶法 切削过程中，工件、刀具通常是由两种不同的金属材料组成的。在刀 具与切屑和刀具与工件接触区总存在着相当高的切削温度，称为热电偶 的热端；离接触区较远的工件与刀具处一般保持在室温状态，称为热电 偶的冷端。可用导线将工件与刀具的冷端接到仪表上，即可将切削热电 势显示和记录下来。根据事先作出热电偶的标定曲线（温度与毫伏值的 对应关系曲线），即可求得刀具与切屑和刀具与工件接触面的平均温度， 即切削温度。
（a）测量刀具前面某点的温度示意图 （b）测量工件加工面某点的温度示意图 图5-4 用人工热电偶法测量刀具和工件温度
5.2.2 辐射测温法 辐射测温法是一种非接触 式测量方法。它是利用高 温辐射能量来测量工件表 面温度的。作为测量用的 传感器有光电传感器及热 敏电阻传感器两种。如图55所示为用光电传感器测量 刀具与切屑接触面温度分 布的示意图。光电传感器 可以用锗光电二极管或硫 化铅光电池。在刀片上打 一个小的锥孔，一直通到 刀具的前面上，从切屑底 面测定辐射能，通过标定 求得切屑底面该点的温度。
5.4 影响切削温度的主要因素 切削温度的高低，取决于切削热产生的多少和散热 条件的好坏。下面分析几个主要因素对它的影响。 1.工件材料对切削温度的影响 2.切削用量对切削温度的影响 1）切削速度 2）进给量 3）背吃刀量
切屑 50%～86% 28%
工件 3%～9% 52.5%
刀具 10%～40% 14.5%
周围介质 1% 5%
表5-1 切屑、工件、刀具中切削热的分布
5.2 切削温度的测量方法
切削温度的测定方法很多，有热电偶法、辐射测温法等。但目前广为应 用的是热电偶法。它具有简单、可靠，使用方便的优点。 5.2.1 热电偶法 热点偶法包括自然热点偶法和人工热电偶法。 1.自然热电偶法 切削过程中，工件、刀具通常是由两种不同的金属材料组成的。在刀 具与切屑和刀具与工件接触区总存在着相当高的切削温度，称为热电偶 的热端；离接触区较远的工件与刀具处一般保持在室温状态，称为热电 偶的冷端。可用导线将工件与刀具的冷端接到仪表上，即可将切削热电 势显示和记录下来。根据事先作出热电偶的标定曲线（温度与毫伏值的 对应关系曲线），即可求得刀具与切屑和刀具与工件接触面的平均温度， 即切削温度。
（a）测量刀具前面某点的温度示意图 （b）测量工件加工面某点的温度示意图 图5-4 用人工热电偶法测量刀具和工件温度
5.2.2 辐射测温法 辐射测温法是一种非接触 式测量方法。它是利用高 温辐射能量来测量工件表 面温度的。作为测量用的 传感器有光电传感器及热 敏电阻传感器两种。如图55所示为用光电传感器测量 刀具与切屑接触面温度分 布的示意图。光电传感器 可以用锗光电二极管或硫 化铅光电池。在刀片上打 一个小的锥孔，一直通到 刀具的前面上，从切屑底 面测定辐射能，通过标定 求得切屑底面该点的温度。
5.4 影响切削温度的主要因素 切削温度的高低，取决于切削热产生的多少和散热 条件的好坏。下面分析几个主要因素对它的影响。 1.工件材料对切削温度的影响 2.切削用量对切削温度的影响 1）切削速度 2）进给量 3）背吃刀量
第五节-切削热和切削温度
•因为在切削速度较高时，变形速度很高，其对增加 材料强度的影响，足以抵消高的切削温度使材料强 度降低的影响； •切削温度是在切削变形过程中产生的，因此对剪切 面上的应力应变状态来不及产生很大的影响，只对 切屑底层的剪切强度产生影响。
二、切削温度的测量
目前已有很多理论推算方法可以较为准确地计算切 削温度，但是其具有一定的局限性，且应用较繁。 现在已经可以用有限元方法求出切削区域的近似温 度场，但由于工程问题的复杂性，难免有一些假设。 最为可靠的方法是对切削温度进行实际测量。
二、切削温度的测量
切削温度测量方法
热电偶法 辐射温度计法
人工热电偶法测量切削温度示意图
三、影响切削温度的主要因素
影响切削温度的主要因素
切削用量的影响
工件材料的影响
刀具角度的影响
刀具磨损的影响
切削液的影响
三、影响切削温度的主要因素
切削用量的影响
C v z f
y
a p x ——实验得出的切削温度经验公式
其中 ——实验测出的前刀面接触区平均温度（℃）；
五、切削温度对工件刀具和切削过程的影响
切削温度对工件材料强度和切削力的影响
切削温度对工件材料强度的影响 切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；
切削温度对剪切区域的应力影响不很明显；
五、切削温度对工件刀具和切削过程的影响
切削温度对工件材料强度和切削力的影响
切削温度对剪切区域的应力影响不很明显；
地认为切削时所消耗的能量全部转换为热。
大量的切削热使得切削温度升高，这将直接影响刀具前刀面上 的摩擦系数、积屑瘤的形成和消退、刀具的磨损、工件加工精 度和已加工表面质量等。
研究切削热和切削温度也是 分析工件加工质量和刀具寿 命的重要内容。
二、切削温度的测量
目前已有很多理论推算方法可以较为准确地计算切 削温度，但是其具有一定的局限性，且应用较繁。 现在已经可以用有限元方法求出切削区域的近似温 度场，但由于工程问题的复杂性，难免有一些假设。 最为可靠的方法是对切削温度进行实际测量。
二、切削温度的测量
切削温度测量方法
热电偶法 辐射温度计法
人工热电偶法测量切削温度示意图
三、影响切削温度的主要因素
影响切削温度的主要因素
切削用量的影响
工件材料的影响
刀具角度的影响
刀具磨损的影响
切削液的影响
三、影响切削温度的主要因素
切削用量的影响
C v z f
y
a p x ——实验得出的切削温度经验公式
其中 ——实验测出的前刀面接触区平均温度（℃）；
五、切削温度对工件刀具和切削过程的影响
切削温度对工件材料强度和切削力的影响
切削温度对工件材料强度的影响 切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；
切削温度对剪切区域的应力影响不很明显；
五、切削温度对工件刀具和切削过程的影响
切削温度对工件材料强度和切削力的影响
切削温度对剪切区域的应力影响不很明显；
地认为切削时所消耗的能量全部转换为热。
大量的切削热使得切削温度升高，这将直接影响刀具前刀面上 的摩擦系数、积屑瘤的形成和消退、刀具的磨损、工件加工精 度和已加工表面质量等。
研究切削热和切削温度也是 分析工件加工质量和刀具寿 命的重要内容。
切削热、切削温度
（4）后刀面与工件的接触长度较短，因此， 工件加工表面上温度的升降是在极短的时间内完成 的。刀具通过时加工表面只受到一次热冲击。
三、影响切削温度的因素
1．工件材料
工件材料的强度和硬度越高，需要的切削力 就越大，产生的热量就越多，因而切削温度就越高。
工件材料的料的热导率越大，通过切屑和工件传出的 热量就越多，切削温度下降就越快。
2．切削用量
切削用量中，切削速度vc对切削温度影响最 大，进给量f次之，背吃刀量ap影响最小。
切削速度vc增大，切削变形和摩擦产生的热 量急剧增多，尽管切屑带走的热量相应增多，但
散热条件并没有改善，因此切削温度显著升高。
进给量f增大，产生的热量增加，但同时切削 厚度变大，切屑带走的热量增加，而散热条件并
未改善，因此最终切削温度有所升高。
背吃刀量ap增大，产生的热量按比例增加， 但同时刀具的传热面积也按比例增加，显著改善
散热条件，因此最终切削温度仅略有升高。
3．刀具几何参数
（1）前角
前角γo增大，切削变形程度减小，产生的切削 热减少，因而切削温度下降。但前角γo大于18°～ 20°时，楔角βo减小，传热体积减小，对切削温度 的影响减小。
右图为切削塑 性材料时，刀具、 切屑和工件上的温 度分布示意图。由 图可知：
（1）剪切区内，沿剪切面方向上各点温度 几乎相等；而在垂直于剪切面方向上的温度梯度 很大。
（2）前、后刀面的最高温度都不在切削刃 处，而在离切削刃有一定距离的地方。
（3）在切屑厚度方向上的切削温度梯度很 大，靠近前刀面的一层（底层）温度最高，远离 前刀面方向温度下降很快。
（2）主偏角
在背吃刀量ap相同的情况下，主偏角 r增大，主 切削刃的工作长度缩短，刀尖角εr减小，传热面积减 小，切削热相对集中，从而提高了切削温度；反之，
三、影响切削温度的因素
1．工件材料
工件材料的强度和硬度越高，需要的切削力 就越大，产生的热量就越多，因而切削温度就越高。
工件材料的料的热导率越大，通过切屑和工件传出的 热量就越多，切削温度下降就越快。
2．切削用量
切削用量中，切削速度vc对切削温度影响最 大，进给量f次之，背吃刀量ap影响最小。
切削速度vc增大，切削变形和摩擦产生的热 量急剧增多，尽管切屑带走的热量相应增多，但
散热条件并没有改善，因此切削温度显著升高。
进给量f增大，产生的热量增加，但同时切削 厚度变大，切屑带走的热量增加，而散热条件并
未改善，因此最终切削温度有所升高。
背吃刀量ap增大，产生的热量按比例增加， 但同时刀具的传热面积也按比例增加，显著改善
散热条件，因此最终切削温度仅略有升高。
3．刀具几何参数
（1）前角
前角γo增大，切削变形程度减小，产生的切削 热减少，因而切削温度下降。但前角γo大于18°～ 20°时，楔角βo减小，传热体积减小，对切削温度 的影响减小。
右图为切削塑 性材料时，刀具、 切屑和工件上的温 度分布示意图。由 图可知：
（1）剪切区内，沿剪切面方向上各点温度 几乎相等；而在垂直于剪切面方向上的温度梯度 很大。
（2）前、后刀面的最高温度都不在切削刃 处，而在离切削刃有一定距离的地方。
（3）在切屑厚度方向上的切削温度梯度很 大，靠近前刀面的一层（底层）温度最高，远离 前刀面方向温度下降很快。
（2）主偏角
在背吃刀量ap相同的情况下，主偏角 r增大，主 切削刃的工作长度缩短，刀尖角εr减小，传热面积减 小，切削热相对集中，从而提高了切削温度；反之，
切削热与切削温度讲述
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----进给量f
f 增大，使切 屑的平均变形减少 切屑与前刀面的接 触区长度增加，改 善了散热条件。因 此 ， f 提高一倍， 切削温度仅提高10
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----背吃刀量ap
ap增大，产生的 热量成倍增加。但 是刀刃的工作长度 也增加一倍，大大 改善了散热条件因 此， ap提高一倍切 削温度仅提高3%
三、影响切削温度的主要因素
■ （4）刀具磨损的影响
刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切 区的金属的塑性变形增加。同时，磨损后的刀具后角变成零度， 工件与刀具的摩擦加大，两者均使切削热的产生增加。
三、影响切削温度的主要因素
■ （5）切削液对的降影低响切削温度、减少刀具磨损和提 高已加工表面质量有明显的效果。
（2）刀具几何参数的影响 ----主偏角
主偏角减小时，致使 切削宽度增大，刀 尖角增大，刀具散 热条件改善，有利 于降低切削温度。
三、影响切削温度的主要因素
■ （3）工件材料的影响
工件材料的强度、硬 度越高，切削力越大，切 削时消耗的功也越多，产 生的切削热也越多，切削 温度也就越高。
三、影响切削温度的主要因素
■ （3）工件材料的影响
合金结构钢的强度普 遍高于45号钢，而导热系 数又一般均低于45号钢。 所以切削合金结构钢时的 切削温度一般均高于切削 45号钢时的切削温度。
三、影响切削温度的主要因素
■ （3）工件材料的影响
不锈钢 1Cr18Ni9Ti
和高温合金GH131 不但
导热系数低， 而且在高温 下仍能保持较高的强度和 硬度。所以切削这种类型 的材料时，切削温度比切 削其他材料要高得多。必 须尽可能采用导热性和耐 热性都较好的刀具材料必 须加注充分的切削液冷却 。
切削热与切削温度
1.前角γo 前角的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦，对切削温度有明显影 响。总的趋势是，前角大，切削温度低；前角小，切削温度高。当 前角达18o～20o后，对切削温度影响减小，这是因为楔角变小使散热 体积减小的缘故。
2.主偏角 主偏角加大后，切削刃的工作长度缩短，切削热相对地集 中；但刀尖角减小，使散热条件变差，切削温度将上升。
目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法。
补充： 辐射温度计法：任何物体都会有红外线辐射，它表现的是物体的温度。 温度越高辐 射越大。用红外线接收器作传感器，经数字滤波放大，再函数计算，显示出数字。 热电偶法原理：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。
• 5.1切削热的产生与传出 • 来源：切削热来源于切削层金属发生弹性、塑性变形 所产生的热及切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩 擦。 • 切削热产生于三个变形区，切削过程中三个变形区内 产生切削热的根本原因是，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。
• • •
•
•
•
假定主运动所消耗的功全部转化为热能，则单位时间内产生的切削热： Pc = Fcνc Pc—每秒钟内产生的切削热 Fc—主切削力 νc—切削速度 切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去。 影响散热主要因素： ⑴工件材料的导热性能 工件材料的导热系数高，由切屑和工件散出的 热就多，切削区温度就较低，刀具寿命提高；但工件温升快，易引起工 件热变形（铜和铝）。工件材料的导热系数小，切削热不易从工件方面 散出，加剧刀具磨损（不锈钢）。 ⑵刀具材料的导热性能 刀具材料的导热系数高，切削热易从刀具散出， 降低了切削区温度，有利于刀具寿命的提高（YG类硬质合金）。 ⑶周围介质 采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较 多的切削热，切削区温度就较低。采用喷雾冷却法使切削液雾化后汽化， 将能吸收更多的切削热，使切削温度降低。 ⑷切屑与刀具的接触时间 外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落 入机床的容屑盘中，切屑传给刀具的热量相对较少；钻削或其它半封闭 式容屑的加工，切屑形成后仍与刀具相接触，传导给刀具的热相对较多。
2.主偏角 主偏角加大后，切削刃的工作长度缩短，切削热相对地集 中；但刀尖角减小，使散热条件变差，切削温度将上升。
目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法。
补充： 辐射温度计法：任何物体都会有红外线辐射，它表现的是物体的温度。 温度越高辐 射越大。用红外线接收器作传感器，经数字滤波放大，再函数计算，显示出数字。 热电偶法原理：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。
• 5.1切削热的产生与传出 • 来源：切削热来源于切削层金属发生弹性、塑性变形 所产生的热及切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩 擦。 • 切削热产生于三个变形区，切削过程中三个变形区内 产生切削热的根本原因是，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。
• • •
•
•
•
假定主运动所消耗的功全部转化为热能，则单位时间内产生的切削热： Pc = Fcνc Pc—每秒钟内产生的切削热 Fc—主切削力 νc—切削速度 切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去。 影响散热主要因素： ⑴工件材料的导热性能 工件材料的导热系数高，由切屑和工件散出的 热就多，切削区温度就较低，刀具寿命提高；但工件温升快，易引起工 件热变形（铜和铝）。工件材料的导热系数小，切削热不易从工件方面 散出，加剧刀具磨损（不锈钢）。 ⑵刀具材料的导热性能 刀具材料的导热系数高，切削热易从刀具散出， 降低了切削区温度，有利于刀具寿命的提高（YG类硬质合金）。 ⑶周围介质 采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较 多的切削热，切削区温度就较低。采用喷雾冷却法使切削液雾化后汽化， 将能吸收更多的切削热，使切削温度降低。 ⑷切屑与刀具的接触时间 外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落 入机床的容屑盘中，切屑传给刀具的热量相对较少；钻削或其它半封闭 式容屑的加工，切屑形成后仍与刀具相接触，传导给刀具的热相对较多。
切削热和切削温度
切削热和切削温度切削过程中产生的切削热对刀具磨损和刀具寿命具有重要影响，切削热还会使工件和刀具产生变形、残余应力而影响加工精度和表面质量。
一、切削热的产生与传导切削热来源于两个方面，一是切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量转换为热能；二是切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。
切削过程中的三个变形区就是三个发热区域。
切削过程中所消耗能量的98%~99%都将转化为切削热。
切削热由切屑、工件、刀具及四周的介质（空气，切削液）向外传导。
影响散热的主要因素是：（1）工件材料的导热系数工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热量增多，切削区温度就低。
工件材料导热系数低，切削热传导慢，切削区温度就高，刀具磨损就快。
（2）刀具材料的导热系数刀具材料的导热系数高，切削区的热量向刀具内部传导快，可以降低切削区的温度。
（3）四周介质采纳冷却性能好的切削液能有效地降低切削区的温度。
车削加工时产生的切削热多数被切屑带走，切削速度越高，切削厚度越大，切屑带走的热量越多；传给工件的热量次之，约为30%；传给刀具的热量更少，一般不超过5%。
钻削时，由于切屑不易从孔中排出，故被切屑带走的热量相对较少，只有30%左右，约有50%的热量被工件汲取。
二、切削温度的测量测量切削温度的方法许多，有热电偶法、辐射热计法、热敏电阻法等。
目前常用的是热电偶法，它简洁、牢靠、使用便利。
1. 自然热电偶法；2. 人工热电偶法。
三、影响切削温度的主要因素1．切削用量对切削温度的影响、、增大，单位时间内材料的切除量增加，切削热增多，切削温度将随之上升。
但、和对切削温度的影响程度不同，切削速度对切削温度的影响最为显著，次之，最小，缘由是：增大，前刀面的摩擦热来不及向切屑和刀具内部传导，所以对切削温度影响最大；增大，切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，所以对切削温度的影响不如显著；增大，刀刃工作长度增大，散热条件改善，故对切削温度的影响相对较小。
切削热和切削温度
《机械加工方法与通用设备》切削热和切削温度扬州市职业大学 机械工程学院1、切削热产生原因；2、影响切削温度的主要因素。
了解影响切削温度的主要因素。
1、 切削热切削热是切削过程中切削层金属发生弹性变形和塑性变形（Q p）以及切屑与前刀面（ Q rf ）、工件与后刀面的摩擦（Qαf）产生的热量。
切削热由切屑（C ch）、工件（Q c ）、刀具（Q w）和周围介质（切削液、空气) （Q f）等传散出去切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成；切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。
切削热传至各部分比例：一般情况是切屑带走的热量多。
由于第Ⅰ、Ⅲ变形区塑性变形、摩擦产生热及其传导的影响，致使刀具中次之，工件中热量最少。
热量的传播（不加冷却液）：车：50～86％→切屑，10～40％→车刀，3～9％→工件，1％→空气。
钻：28％→切屑，14．5％→刀具，52．5％→工件，5％→介质。
磨：4％→磨屑，12％→砂轮，84％→工件。
2、 切削温度：一般指切屑与前刀面接触区域的平均温度，是切削热在工件和刀具上作用的结果，切削温度的高低，决定于切削热产生的多少和传散的快慢。
（1）切削用量对切削温度影响规律是：当切削用量ap、f 和vc增大时，变形和摩擦加剧，切削功增大，故切削温度升高。
切削速度增高，虽切削力减少，但切屑与前刀面接触长度减短，故散热较差。
切削速度提高一倍，切削温度要升高30％左右进给量f 增大，切屑与前刀面接触长度增加，散热条件有所改善；进给量提高一倍，切削温度要升高15％左右背吃刀量ap增大，切屑与刀具接触面积以相同比例增大，散热条件显著改善；背吃刀量提高一倍，切削温度只升高7％左右在金属切除率相同的条件下，为了减少切削温度影响，防止刀具迅速磨损，保持刀具耐用度，增大切削深度a p或给进量 f比增大切削速度v c更有利。
（2）刀具几何参数的影响1）前角γ0 的影响前角γo增大，切削变形和摩擦减少，因此产生的热量少，切削温度下降。
金属切削过程之切削热和切削温度
切削温度对切削变形的影响
❖ 对工件尺寸精度的影响：由于工件受热膨胀， 冷却后尺寸变小，切削时产生的热直接影响 加工精度。
❖ 对刀具材料的影响：
对于硬质合金，其强度和韧性在800~1000℃ 时反而会变得更好，因此适当提高温度可提 高韧性，提高刀具耐用度。 对于高速钢刀具，如果温度达到600 ℃左右， 加工性能基本失效
重庆松溉职校 李正波
切削热的来源
❖切削变形 ❖前刀面摩擦
❖后刀面摩擦
切屑 刀具
工件
图3-19 切削热的来源与传出
切削热的传导
加工 方式
切屑
工件
刀具
介 质
车 削
50%～86%
40%～10%
9%～3% 1%
钻 削
28%
14.5%
52.5% 5%
切削温度
❖ 切削温度一般是指切屑与前刀面接触区域 （切削区）的平均温度
切削宽度
Hale Waihona Puke 散热条件切削 温度
刀具磨损
❖ 刀具磨损后切削刃变钝，刃区前方的挤压作 用增大，使切削区金属的塑性变形增加；
❖ 同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件 与后刀面的摩擦加大，两者均使产生的切削 热增多。
❖ 所以，刀具的磨损是影响切削温度的重要因 素。
冷却液
❖ 使用适当的切削液可明显降低切削温度
影响切削温度的因素
❖切削用量
影响最大的是vc，其实是f，影响最小的是ap
随着切削速度的提高，切削温度将明显上升。
随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，
切削过程产生的切削热也增多，使切削温度上升。
❖工件材料
工件材料的强度、硬度 工件材料的导热性
切削温度 切削温度
第五章 切削热和切削温度
• 刀具材料的导热系数较高时，切削热易从切削区 域导出，切削区域温度随而降低，这有利于提高 刀具的耐用度。
➢ 切削时所用的切削液及浇注方式的冷却效果越高，则 切削区域的温度越低。
➢ 切屑与刀具的接触时间，也影响刀具的切削温度。 外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀落入机床的容 屑盘中，故切屑的热传给刀具不多。钻削或其它半封 闭式容屑的切削加工，切屑形成后仍与刀具及工件相 接触，切屑将所带的切削热再次传给工件和刀具，使 切削温度升高。
用硬质合金车刀车削抗拉强度为0．637GPa的 结构钢时，将切削力Fz的表达式代人后，得:
Pm Fzv CFza p f 0.75v0.15K Fzv
CFzap
f
v K 0.75 0.85 Fz
由上式可知，切削用量中，ap增加一倍，Pm相
应地成比例增加一倍，因而切削热也增大一倍；
切削速度v的影响次之，进给量f影响最小。其
第一节、切削热的产生与传导
金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三个热 源(图)。在这三个变形区中，刀具克服金属弹、塑性变形抗 力所作的功和克服摩擦抗力所作的功，绝大部分转化为切削 热。
图5-1 切削热的产生与传导
切削热的来源主要有三个方面， （一）切屑与前刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功。 （二）工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功。 （三）切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形
切削时会产生大量的热，使切削区域的温度极高。 高速切削时，切削温度可高达800-900℃，有时 甚至高达1200℃，这样高的温度对切削过程产生 一系列影响。
1.对切削机理的影响 2.对刀具的影响 3.对工件精度的及表面质量的影响
刀具材料的导热系数大时，切削区传递给刀具 的热量较多，这会引起刀具温度上升，发生热变形， 影响加工精度，此外还会导致刀具的磨损加剧。
➢ 切削时所用的切削液及浇注方式的冷却效果越高，则 切削区域的温度越低。
➢ 切屑与刀具的接触时间，也影响刀具的切削温度。 外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀落入机床的容 屑盘中，故切屑的热传给刀具不多。钻削或其它半封 闭式容屑的切削加工，切屑形成后仍与刀具及工件相 接触，切屑将所带的切削热再次传给工件和刀具，使 切削温度升高。
用硬质合金车刀车削抗拉强度为0．637GPa的 结构钢时，将切削力Fz的表达式代人后，得:
Pm Fzv CFza p f 0.75v0.15K Fzv
CFzap
f
v K 0.75 0.85 Fz
由上式可知，切削用量中，ap增加一倍，Pm相
应地成比例增加一倍，因而切削热也增大一倍；
切削速度v的影响次之，进给量f影响最小。其
第一节、切削热的产生与传导
金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三个热 源(图)。在这三个变形区中，刀具克服金属弹、塑性变形抗 力所作的功和克服摩擦抗力所作的功，绝大部分转化为切削 热。
图5-1 切削热的产生与传导
切削热的来源主要有三个方面， （一）切屑与前刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功。 （二）工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功。 （三）切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形
切削时会产生大量的热，使切削区域的温度极高。 高速切削时，切削温度可高达800-900℃，有时 甚至高达1200℃，这样高的温度对切削过程产生 一系列影响。
1.对切削机理的影响 2.对刀具的影响 3.对工件精度的及表面质量的影响
刀具材料的导热系数大时，切削区传递给刀具 的热量较多，这会引起刀具温度上升，发生热变形， 影响加工精度，此外还会导致刀具的磨损加剧。
金属切削原理 5第五章 切削热与切削温度
金属切削原理与刀具Principle of Metal Cutting and Cutting Tools 第五章切削热与切削温度5.1 切削热的产生和传出5.3 切削温度的测量5.4 影响切削温度的主要因素5.5 切削温度的分布5.6 切削温度对工件、刀具和切削过程的影响5.1 切削热的产生和传出切削热的组成每秒内所作切削功，或每秒内产生的切削热P m= F z×VP m：J/s，F z：N，V：m/sP m=P p+P fP p变形功，P f摩擦功P m= F z×V=C fz*a p*f0.75*v-o.15*K fz*v = C fz*a p*f0.75*v o.85*K fz影响切削热传出的因素1. 工件材料的导热系数KK ↑⇒工件和切屑传出热量↑⇒切削区域温度↓⇒工件升温快K ↓⇒工件和切屑传出热量↓⇒切削区域温度↑⇒刀具磨损快2. 刀具材料的导热系数KtKt ↑⇒刀具传出热量多⇒切削区域温度↓3. 刀具的散热面积散热面积主要是前后刀面与切屑工件的接触面积。
散热面积↑⇒热量不易传出a w↑⇒散热面积正比增大a c↑⇒散热面积稍有增大工件硬度↑⇒切屑与前刀面接触面积↓⇒散热面积↓4. 周围介质的状况-切削液及浇注方式 性能良好的冷却液良好的冷却方式9喷雾冷却9内压9加压第五章切削热与切削温度5.3 切削温度的测量一、自然热电偶法二、人工热电偶法半人工热电偶法、红外测温一、自然热电偶利用不同化学成分的工件和刀具材料组成，热电偶的两极分别与机床绝缘，构成热点回路，根据温差电动势测定刀具温度。
2. 组成注意点1)工件与刀具都必须与机床绝缘2)导线与工件或刀具的连接点需保持在室温，以免产生附加电动势3)不同的刀片与不同的工件材料应进行专门标定3. 特点简单易行可以测得接触面的平均温度不能测最高温度位置不能测非导体，不能测量温度分布二、人工热电偶图5-13 人工方法测量刀具、工件温度示意图人工热电偶的特点1)需要破坏工件或刀具实用性差2)可得到切削区域的温度分布3)不能得到接触面积的平均温度4)可用在陶瓷等非导体上半人工热电偶法第五章切削热与切削温度5.4 影响切削温度的主要因素切削温度与切削热的区别：¾切削热仅与热量的产生有关，而与热量的传出无关¾切削温度不仅与热量的产生有关，而且与热量的传出有关。
5章切削热和切削温度
κ
r
↑，切削宽度h ，刀尖角↓，散热↓ →θ↑
b
3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响
bγ 1 、rε ↑，切屑变形程度↑→q ↑
同时散热条件改善，两者趋于平衡 对θ影响很小
（三）工件材料的影响
强度硬度、塑性和韧性越大， 切削力越大，切削温度升高。
导热率大，散热快，温度下降
（四）刀具磨损的影响
后刀面磨损增大，切削温度升
摩擦是切削热的又一来源
二、切削温度的分布
三、影响切削温度的主要因素
切削温度θ 一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度
两个方面：切削热的产生与传出
（一）切削用量的影响
切削用量↑切削温度↑ 其中v 对θ影响最大，进给量 f 的影响比v 小，背吃刀↑
摩擦热产生的速度大于热向切屑和刀具内部传导的速度， 聚集集在地层；
高; VB达一定值影响加剧; v越 高刀磨损对θ影响越显著
2. f ↑ θ ↑
f增大 ，h 变厚 热容量增大，带走的热量增多；
D
3. ap ↑ θ ↑不明显
ap增大，切削刃参加工作的长度增加，改善了散热 条件。
（二）刀具几何参数的影响
1. 前角γ0 的影响
γ
0
↑→变形程度↓→F↓ q ↓→θ ↓
0
但γ
＞20°时，因散热面积↓，
对θ的影响减小
2. 主偏角κr的影响
镍铬——镍硅 镍铬——考铜 铜——康铜
车削自然热 电偶测温
二、切削温度的分布
红外胶片法测得切钢料的温度场， 分析归纳切削温度分布规律：
1. 剪切区等温线与滑移线相近
OM线温度比OA线上温度高 剪切滑移相等的地方温度相等， 剪切变形是切削热的第一来源 2.前后刀面最高温度点不在刀刃上 切屑上最高温度比剪切区温度高 切屑底层温度比上层温度高
r
↑，切削宽度h ，刀尖角↓，散热↓ →θ↑
b
3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响
bγ 1 、rε ↑，切屑变形程度↑→q ↑
同时散热条件改善，两者趋于平衡 对θ影响很小
（三）工件材料的影响
强度硬度、塑性和韧性越大， 切削力越大，切削温度升高。
导热率大，散热快，温度下降
（四）刀具磨损的影响
后刀面磨损增大，切削温度升
摩擦是切削热的又一来源
二、切削温度的分布
三、影响切削温度的主要因素
切削温度θ 一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度
两个方面：切削热的产生与传出
（一）切削用量的影响
切削用量↑切削温度↑ 其中v 对θ影响最大，进给量 f 的影响比v 小，背吃刀↑
摩擦热产生的速度大于热向切屑和刀具内部传导的速度， 聚集集在地层；
高; VB达一定值影响加剧; v越 高刀磨损对θ影响越显著
2. f ↑ θ ↑
f增大 ，h 变厚 热容量增大，带走的热量增多；
D
3. ap ↑ θ ↑不明显
ap增大，切削刃参加工作的长度增加，改善了散热 条件。
（二）刀具几何参数的影响
1. 前角γ0 的影响
γ
0
↑→变形程度↓→F↓ q ↓→θ ↓
0
但γ
＞20°时，因散热面积↓，
对θ的影响减小
2. 主偏角κr的影响
镍铬——镍硅 镍铬——考铜 铜——康铜
车削自然热 电偶测温
二、切削温度的分布
红外胶片法测得切钢料的温度场， 分析归纳切削温度分布规律：
1. 剪切区等温线与滑移线相近
OM线温度比OA线上温度高 剪切滑移相等的地方温度相等， 剪切变形是切削热的第一来源 2.前后刀面最高温度点不在刀刃上 切屑上最高温度比剪切区温度高 切屑底层温度比上层温度高
第五节切削热和切削温度课件
切削液的使用可以有效地降低切 削热，提高加工过程的稳定性。
切削热对加工过程的影响
01 切削热会导致刀具磨损加速，影响刀具使用寿命 。
02 切削热会使得工件表面温度升高，可能导致工件 热变形，影响加工精度。
03 切削热还会影响切屑的形状和排出，进而影响加 工过程的稳定性。
02 切削温度的测量与控制
05 切削液在切削热和切削温度控制中的作用
CHAPTER
切削液的种类和作用
切削液的种类
切削液主要分为油基切削液和水基切削液两大类。油基切削液包括矿物油、动植物油等，水基切削液则包括乳化 液、合成切削液等。
切削液的作用
切削液在切削过程中起到润滑、冷却、清洗和防锈的作用，能够有效提高切削效率，降低切削力和切削热，延长 刀具使用寿命，提高加工表面质量。
切削温度的控制方法
冷却液控制
使用冷却液对切削区域进行冷却，降低切削温度。
切削参数优化
通过调整切削速度、进给速度、切削深度等参数，降低切削温度。
刀具涂层与刀具材料选择
选择具有良好热传导性能的刀具涂层和材料，提高散热效果。
切削温度对加工质量的影响
切削力与切削振动
01
切削温度升高可能导致切削力增大和切削振动加剧，影响加工
切削热和切削温度课件
目录
CONTENTS
• 切削热的产生和传导 • 切削温度的测量与控制 • 切削热和切削温度对刀具的影响 • 切削参数对切削热和切削温度的影响 • 切削液在切削热和切削温度控制中的作用
01 切削热的产生和传导
CHAPTER
切削热的产生
01
切削过程中，刀具与工件之间的摩擦和挤压产生大 量的热量。
背吃刀量对切削热和切削温度的影响
第5章 切削热分析
第五章切削热和切削温度
实验显示：2%能量：形变能 98%能量：转为热量 影响： 工件加工质量：积屑瘤，摩擦系数 刀具寿命：磨损
一、切削热的来源与传散
来源: 1.在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形。 2.切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的磨擦功，也将转换为热能。
切屑 刀具
工件
切削热的产生和传出
4、工件材料对切削温度的影响
(1)工件材料的硬度和强度越高,切削时所消耗的功就越多产生的切削热也多。 (2)合金结构钢的强度普遍高于45钢,而导热系数有一般均低于45钢.所以切削合金 结构时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。 (3)不锈钢1cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低,而且在高温下仍能保持较 高的强度和硬度,所以切削这种类型的材料时,切削温度比切削其他材料要高得多。
切削温度测定原理与切削温度分布
自然热电偶法采用自然热电偶法的测温装置是利用刀具和工件分别 作为自然热电偶的两极，组成闭合电路测量切削温度。刀具引出端 用导线接入毫伏计的一极，工件引出端的导线通过起电刷作用的铜 顶尖接入毫伏计的另一极。。
切削温度与热电势毫伏值之间的对应关系 可通过切削温度标定得到。根据切削实验 中测出的热电势毫伏值，可在标定曲线上 查出对应的温度值。
3.在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。
切削过程中消耗的功率98~99%转换为热 能，因此近似认为单位时间内产生的切 削热q等于切削功率Pc
q Pc Fcvc
q
CF c
ap
f
v K 0.75 0.85
c
Fc
结论：影响力从大到小依次是ap,v,f
传散: 切削热由切屑.刀具.工件和周围介质传出的比率大致如下:
实验显示：2%能量：形变能 98%能量：转为热量 影响： 工件加工质量：积屑瘤，摩擦系数 刀具寿命：磨损
一、切削热的来源与传散
来源: 1.在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形。 2.切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的磨擦功，也将转换为热能。
切屑 刀具
工件
切削热的产生和传出
4、工件材料对切削温度的影响
(1)工件材料的硬度和强度越高,切削时所消耗的功就越多产生的切削热也多。 (2)合金结构钢的强度普遍高于45钢,而导热系数有一般均低于45钢.所以切削合金 结构时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。 (3)不锈钢1cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低,而且在高温下仍能保持较 高的强度和硬度,所以切削这种类型的材料时,切削温度比切削其他材料要高得多。
切削温度测定原理与切削温度分布
自然热电偶法采用自然热电偶法的测温装置是利用刀具和工件分别 作为自然热电偶的两极，组成闭合电路测量切削温度。刀具引出端 用导线接入毫伏计的一极，工件引出端的导线通过起电刷作用的铜 顶尖接入毫伏计的另一极。。
切削温度与热电势毫伏值之间的对应关系 可通过切削温度标定得到。根据切削实验 中测出的热电势毫伏值，可在标定曲线上 查出对应的温度值。
3.在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。
切削过程中消耗的功率98~99%转换为热 能，因此近似认为单位时间内产生的切 削热q等于切削功率Pc
q Pc Fcvc
q
CF c
ap
f
v K 0.75 0.85
c
Fc
结论：影响力从大到小依次是ap,v,f
传散: 切削热由切屑.刀具.工件和周围介质传出的比率大致如下:
第五节切削热与切削温度PPT课件
切削热的产生与传导
切削热的来源
切屑变形功
前、后刀面的摩擦功
切削热的传出（切屑、工件、刀具、周围介质等 传出）
举例：车削 切屑50~86%，工件3~9%，刀具 4~10%，其它1%。
钻削 工件52.5%，切屑28%，刀具
14.5%，其它5%。
•1
•2
不同刀具材料的导热系数(W/m.℃)
半径） 工件材料的影响 刀具磨损的影响 切削液的影响（与切削液的导热性能、比热容、流量、
浇注方式和本身的温度有关）
•7
切削温度的系数与指数
Cvz
f
a y x p
•8
•9
•10
•11Biblioteka 切削液切削液的作用（冷却、润滑、清洗和防锈的作用） ➢ 水溶液（水加防锈剂）（冷却性能好，润滑性差，呈
切削温度的理论计算（与实验数据比较一致，但计算 过程比较繁琐）
切削温度的测量方法 热电偶法（自然热偶法和人工热电偶法） 辐射温度计法（如辐射热计法、红外线干板法、红外
线胶片法等） 其他方法（热敏颜料法、热敏电阻法、量热计法、金
属组织观察法）
•4
•5
•6
影响切削温度的主要因素
切削用量的影响 刀具角度的影响（前角、主偏角、负倒棱和刀尖圆弧
切削温度对工件材料机械性能的影响 切削温度对刀具材料的影响 对工件尺寸精度的影响 利用切削温度自动控制切削速度和进给量
•15
•16
有一定距离的地方。 在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。 垂直切屑底层处温度梯度很大。 后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短的时间内完
成的。 切削温度的分布与工件材料的塑性大小有关。 切削温度的分布与工件材料的导热性能有关。
切削热的来源
切屑变形功
前、后刀面的摩擦功
切削热的传出（切屑、工件、刀具、周围介质等 传出）
举例：车削 切屑50~86%，工件3~9%，刀具 4~10%，其它1%。
钻削 工件52.5%，切屑28%，刀具
14.5%，其它5%。
•1
•2
不同刀具材料的导热系数(W/m.℃)
半径） 工件材料的影响 刀具磨损的影响 切削液的影响（与切削液的导热性能、比热容、流量、
浇注方式和本身的温度有关）
•7
切削温度的系数与指数
Cvz
f
a y x p
•8
•9
•10
•11Biblioteka 切削液切削液的作用（冷却、润滑、清洗和防锈的作用） ➢ 水溶液（水加防锈剂）（冷却性能好，润滑性差，呈
切削温度的理论计算（与实验数据比较一致，但计算 过程比较繁琐）
切削温度的测量方法 热电偶法（自然热偶法和人工热电偶法） 辐射温度计法（如辐射热计法、红外线干板法、红外
线胶片法等） 其他方法（热敏颜料法、热敏电阻法、量热计法、金
属组织观察法）
•4
•5
•6
影响切削温度的主要因素
切削用量的影响 刀具角度的影响（前角、主偏角、负倒棱和刀尖圆弧
切削温度对工件材料机械性能的影响 切削温度对刀具材料的影响 对工件尺寸精度的影响 利用切削温度自动控制切削速度和进给量
•15
•16
有一定距离的地方。 在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。 垂直切屑底层处温度梯度很大。 后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短的时间内完
成的。 切削温度的分布与工件材料的塑性大小有关。 切削温度的分布与工件材料的导热性能有关。
切削热和和切削温度(16页)
ap=2mm，r f =20mm
i s
• 5.X3工件材料
•工件材料的强度、硬度、塑性及热导率对切削温度有较 大的影响。
•工件强度、硬度高，切削时的切削力大，消耗功率大， 产生的切 削热多，故切削温度髙。
•工件的导热系数对切削温度也有很大的影响，不锈钢 （ lCrl8Ni9T0的强度、硬度虽然低于45钢，但它的导热系 数小于45钢 （约为45钢的1/3）切削温度比45钢髙40%. •切削脆性金属材料时， 塑性变形小，切屑呈崩碎状态， 与前刀面的摩擦小，故产生的切削 热少，切削实验结果 表明，切灰铸铁HT200时的切削温度比切45钢 大约低 25%。
• 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。
• 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。
• 5.1切削热的产生与传出
第五章切削热与切削温度
切削热和切削温度是切削过程中产生的重要物理现象。 第一，用刀具切削工件而产生的热称为切削热。 第二：切削时消耗的能约97%到99%转化为热量，使得切削E域 温度升髙。
•切削热对切削过程影响有多方面影响：
• 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，工件表面上的局部髙温则会恶化已 加工表面质量。
在亳伏表上，由于两金属丝组成的人工热电偶己事先经过 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査 得其对应的温度值，即工件或 刀具上被测点的温度值，改变测量小孔 的位置并利用传热学原理进行推算，可 得出刀具或工件上温度分布的 情况。
i s
• 5.X3工件材料
•工件材料的强度、硬度、塑性及热导率对切削温度有较 大的影响。
•工件强度、硬度高，切削时的切削力大，消耗功率大， 产生的切 削热多，故切削温度髙。
•工件的导热系数对切削温度也有很大的影响，不锈钢 （ lCrl8Ni9T0的强度、硬度虽然低于45钢，但它的导热系 数小于45钢 （约为45钢的1/3）切削温度比45钢髙40%. •切削脆性金属材料时， 塑性变形小，切屑呈崩碎状态， 与前刀面的摩擦小，故产生的切削 热少，切削实验结果 表明，切灰铸铁HT200时的切削温度比切45钢 大约低 25%。
• 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。
• 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。
• 5.1切削热的产生与传出
第五章切削热与切削温度
切削热和切削温度是切削过程中产生的重要物理现象。 第一，用刀具切削工件而产生的热称为切削热。 第二：切削时消耗的能约97%到99%转化为热量，使得切削E域 温度升髙。
•切削热对切削过程影响有多方面影响：
• 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，工件表面上的局部髙温则会恶化已 加工表面质量。
在亳伏表上，由于两金属丝组成的人工热电偶己事先经过 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査 得其对应的温度值，即工件或 刀具上被测点的温度值，改变测量小孔 的位置并利用传热学原理进行推算，可 得出刀具或工件上温度分布的 情况。
第5章切削热和切削温度
剪切面
工件
切屑与前刀面接触区
图 切削热的来源与传出
后刀面与过渡表面接触区
切削热传出
切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液 、空气)等传散出去
切削中所消耗的能量几乎全部转换为热量。三个变形区 就是三个发热区，即切削热来自工件材料的弹、 塑性变形 和前、后刀面的摩擦。
当产生的热和传出的热相等，即达动态热平衡时有：
切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、 比热容、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关 系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化 液不如水基切削液。如果用乳化液代替油类切削液， 加工生产率可提高50％一100％。
由上可知：
? 刀具几何参数的影响
?前角?o↑ →切削温度↓ ?主偏角? r↓→切削温度↓
(5） 后刀面与工件的接触长度较小，温度的升、降是在 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）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，则最高温 度所在的点离刀刃愈近。
(7） 工件材料的导热系数愈小，刀具前、后刀面的温度 愈高， 这是一些高温合金和钛合金切削加工性差的主要原因 之一。
?负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小
? 工件材料的影响 ?工件材料机械性能↑-→切削温度↑ ?工件材料导热性↑ -→切削温度↓
? 刀具磨损的影响 后刀面磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大。 切削速度越高，影响越显著。
? 切削液的影响 使用切削液可以从切削区带走大量热量，可以明显降低切
削温度，提高刀具寿命。
(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(即底层)上温度很高，而离集中在切屑的 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，而切屑上层金属强度则不会有显著的 改变。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
量大大增加。
2013-7-10
6
切削区的温度及其分布
切削温度切削区的平均温度。
是切削过程中产生的切削热与切屑、工件 、刀具和介质传出的热两者综合后使切削
区形成的温度。
2013-7-10
7
切削温度计算
经验公式（查手册） 理论公式（计算与预报） FEM分析计算
切削温度的测量
工件材料塑性越高，刀屑接触面长度越大，切削温度分布较均匀；工件
的脆性越高，则最高温度点离刀刃越近。
刀具材料和工件材料的导热系数愈小，前、后刀面上的温度愈高。像高温
合金和钛合金导热系数低，切削温度高，故切削时易采用低的切削速度，
2013-7-10
降低刀具上的温度。
20
影响切削温度的主要因素
11
/℃
U/mv
温度标定曲线
1-工件 2-车刀 3-车床主轴尾部 4-铜销 5-铜顶尖（与支架绝缘） 6-毫伏计
2013-7-10
12
人工热电偶法
将两种预先标定的金属丝组成热电偶（或标准的 热电偶），热端焊接在被测点上，两冷端用仪 器连接起来，仪器可测得切削条件下热电势数 值，再参照该标准热电偶的标定曲线，便可知 道被测点的温度值了。
27
2013-7-10
25
切削温度对工件、刀具和切削过程的影响
四、利用切削温度自动控制切削速度和进给量 利用切削温度，控制机床的转速，使每种材料都工作在最佳 的切削温度范围，提供生产效率及工件表面质量。 五、利用切削温度与切削力控制刀具磨损 跟踪切削过程中的切削力及其切削分力间比例的变化，可以 反映切屑碎断、积屑瘤变化、刀具前后面及钝圆处的磨损状 态。 主偏角的影响总结： κr↑ → Fz↓；κr↑ → Fy↓； κr↑ → Fx↑；κr↑ → θ↑；
图 切削速度对Al2O3/TiB2陶瓷刀具干切削淬火钢时切削温度的影响
(f=0.15 mm/r，ap=0.3 mm，t=10 min)
2013-7-10 15
（二）切削温度的分布
自然热电偶法切削区的平均温度；
人工热电偶法工件、刀具和切屑上各点
的温度分布，也就是温度场。
2013-7-10
2013-7-10
13
人工热电偶法可以测量切削区任一点的温度。因此，用人工热
电偶法可以测量切屑、刀具和工件上不同点的温度，可以绘制
三者的温度分布曲线图。
2013-7-10
14
1300
切削温度 /oC
1100 900 700 500 0 60 120 180 240
切削速度 v /(m.min-1 )
背吃刀量ap对切削温度影响为三者最小。原因：虽然ap对产生热成 正比增加，但随ap增加aw增加，散热条件大大改善，故影响最小。 所以，切削用量三要素对切削温度的影响规律与对切削力的
影响规律顺序相反。
在机床条件允许下，选用大切削深度和进绘量，比选用大的 切削速度有利。
2013-7-10
υ > f > ap
前刀面和后刀面上温度最高点不是切削刃而是离切削刃有一定距离的地方
。原因：摩擦热沿刀面逐渐积累，而摩擦后半段散热条件改善，前刀面滑
动区为外摩擦，摩擦减小且散热改善，故温度又下降所致。
剪切面上温度几乎相同。
前刀面上的摩擦热主要集中在切屑的底层，其结果是：1、摩擦热不致于
使切屑上层的金属强度有显著的改变；2、摩擦热对切屑底层金属的剪切 强度，将产生很大的影响。
磨损
2013-7-10 4
1、当切削速度ν增大时，或切削厚度ac增大时，流入切屑的 热量比率R1增大； 2、当工件材料的导温系数ω1及剪切相对滑移ε减小时，热 量比率R1增大。
2013-7-10
5
以下是车削与钻削时各因素散热的比例大小：
1．车削：
切屑带走50～86％，车刀传出40～10%，工件传出9 ～3%，周围介质（空气）传出1%。 切削速度愈高、切削厚度愈大，切屑带走热量愈多。 2．钻削： 切屑带走28%，刀具传出14.5%，工件传出52.5%， 周围介质传出5%，如果采用切削液，介质传出的热
第五章 切削热和切削温度
切削过程中所做的功几乎都转化为热（98%99%） 切削热： 使切削区温度升高；直接影响到前刀面上的摩擦系数 、积屑瘤的产生、刀具的磨损、工件的加工精度、 加工质量等。
所以掌握切削热、切削温度的变化规律非常重要。
2013-7-10
1
第一节 切削热的来源及传出
切削热的产生与传出
2013-7-10 2
一、切削热的来源
1、来源：切屑的变形功和前、后刀面的摩擦功。
切削塑性材料：变形和摩擦功都较大，切削热量大；
切削脆性材料：主要是刀工接触区的摩擦，发热量较小。
2、影响因素：切削深度增加一倍，切削热增加一倍；切削速度影响
次之；进给速度影响最小。忽略后刀面摩擦功，有：
Pm Fz CFz a p f 0.75 0.85 KFz
22
（二）刀具几何参数
（l）前角 主要是依据对变形和摩擦的影响。
前角增大变形减小，切削温度低。 但当0大于 18～20时，虽然变形小产生热少，但散热条件恶
化，故切削温度不但不降低，有可能升高。
（2）主偏角
主要是依据对切削刃工作长度和刀尖角变化而影响的。一般情 况下，主偏角增大，切削温度上升。
自然热电偶法
人工热电偶法。
切削温度的FEM计算
热电偶
热电偶原理 热电偶温度计是由三部分组成的： 1. 热电偶（感温元件）； 2. 测量仪表； 3. 连接热电偶和测量测量仪表的导线（补偿导线及铜线） 它是有两种不同材料的导体 A 和 B 焊接而成，焊接的一端插入被测介质中 ，感受被测温度，称为工作端或热端，另一端与导线相连，称为冷端或 自由端。 热电偶的工作原理是：两种不同成分的导体两端经焊接、形成回路，直接测 温端叫测量端，接线端子端叫参比端。当测量端和参比端存在温差时， 就会在回路地产生热电流，接上显示仪表，仪表上就批示出热电偶所产 生的热电流，接上显示仪表，仪表上就批示同热电偶所产生的热电动势 的温度值。 热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长，热电动势的的大小只和热 电偶导体材质以及两端温差有关，和热电极的长度、直径无关。装配式 热电偶主要由接线盒、保护管、绝缘套管、接线端子、热电极组成基本 结构，并配以种安装固定装置组成。
（四）刀具磨损的影响
刀具磨损较严重时，刀具刀口变钝，刃前区变形增大，同时后刀面与工件之间摩 擦增大，故切削温度增大。
（五）切削液的影响：油类切削液＜乳化液＜水基切削液 与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有关。
2013-7-10 24
切削温度对工件、刀具和切削过程的影响
一、切削温度对工件材料力学性能的影响 1、切削温度对工件材料硬度及强度的影响不大。P94原因 2、工件材料预热至500~800度时，切削力下降很多。加热切削 ，是切削难加工材料的一种好方法。 二、对刀具材料的影响 1、适当的提高切削温度，对提高硬质合金的韧性有利； 2、在最佳切削温度范围内，刀具的耐用度最高。各类刀具材料 都有一个最佳的切削温度范围。 三、对工件尺寸精度的影响 1、工件尺寸发生变化； 2、刀具长度发生变化； 3、工件长度发生变化，被加工件中部直径变化大。
工件材料
切削用量（V, f, ap）
刀具几何参数
刀具材料
切削液
刀具磨损
（一）切削用量
切削速度对切削温度影响最大。原因：随v增加，摩擦热增加，又
来不及传出，产生热积聚现象。
进给量 f对切削温度影响较次。原因：f增加时，单位时间切削体积 增加，但f增加时ac增加，变形减小，热容量增大，故对切削温度 影响不及v。
2013-7-10 10
自然热电偶
在切削时，化学成份不同的刀具材料和工件材料， 在切削高温作用下形成一热端，与刀具、工件保持 室温的一端（冷端）必然有热电势产生（叫塞贝克 效应），用仪表（毫伏计）测出这一热电势，再与 事先做出的这两种材料的标定曲线进行对照，就可
知17
下图，为用人工热电偶法测得的工件、刀具、和切屑二维
切削温度分布和切削不同工件材料时的温度分布。
二维切削中的温度分布
2013-7-10 18
切削不同材料的温度分布
19
2013-7-10
由以上两图，可以看出：
前刀面上和刀屑接触面上温度高且梯度很大。原因：切削速度较高，切
削热来不及传导所致。
(3)负导棱及刀尖圆弧半径，对切削温度影响很小。
2013-7-10 23
（三）工件材料方面
取决于工件材料的强度、硬度、导热性等。
合金钢强度高、导热系数小，因此比普通钢消耗功率大，散热性差，故切削温度 高。
切削脆性材料时由于形成崩碎切屑，变形与摩擦都小，故切削温度也低。 工件材料强度硬度增大时，产生的切削热多，切削温度高。
2013-7-10
26
作 业
1.
切削热是怎样产生和传出的？主要受哪些因素的影响？加
工钢材等塑性材料和加工铸铁等脆性材料时，前刀面和后
刀面的哪一个面的切削温度高？为什么？
2.
试分析工件、刀具、切屑三维切削温度分布及切削不同工 件材料时的温度分布规律。
3.
试分析切削用量三要素对切削温度的影响规律。
2013-7-10
ap > υ > f
2013-7-10 3
二、切削热的传出
切削热传出：切屑、刀具、工件以及周围介质。 从切削热的传出可知，工件、刀具材料导热系数、 热容量大小直接影响工件、刀具传出热量的多少； 切削速度大小影响切屑带走热量多少；切屑与刀具 接触时间的长短，也影响刀具的切削温度。