切削热和切削温度
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第5章 切削热与切削温度
如图5-3为车削时，利用自然热电偶法测量切削温 度的装置示意图。图中，工件和刀具应与机床绝缘。
图5-3 利用自然热电偶法测量切削温度的装置示意图 1—工件； 2—车刀； 3—车床主轴尾部； 4—铜销； 5—钢顶尖； 6—毫伏计
2.人工热电偶法 人工热电偶是两种预先经过标定的金属丝组成的热 电偶。热电偶的热端固定在刀具或工件上预定要测 量温度的位置上，冷端通过导线串接在电位差计、 毫伏表等完成其他显示和记录的仪器上。根据记录 的热电势值．可以在相应的标定曲线上查得测定点 的温度值。如图5-4（a）所示为测量刀具前面某点 的温度示意图。如图5-4（b）所示为测量工件加工 面中某点的温度示意图。
4.刀具磨损和切削液对切削温度的影响 1）刀具磨损对切削温度的影响 刀具磨损后，切削刃变钝，切削作用减小，挤压作用增大， 切削区的变形增加。同时，磨损后的刀具实际工作后角变成 零度，使刀具后面与加工表面间的摩擦加大，使切削温度升 高。 切削速度越高，刀具磨损值对切削温度的影响越显著。切削 合金钢时，由于其强（硬）度比碳素钢高．而导热系数又较 小，因此，合金钢的刀具磨损对切削温度的影响比碳素钢显 著。 2）切削液对切削温度的影响 使用切削液对降低切削温度有明显效果。切削液有两个作用； 一方面可以减小切屑与刀具前面、工件与刀具后面的摩擦； 另一方面可以吸收切削热，两者均使切削温度降低。但切削 液对切削温度的影响，与其导热性能、比热、流量、浇注方 式及本身的温度有关。
第二章 第四节 切削热和切削温度讲解
0.082 p
C 3 500.393 0.20.194 ap0.082 718 ap0.082
C 3 718 0.20.194 500.393 211 .5
(10) 求系数Cθ
C
C 1 C 2 3
C 3
202.9 211.8 211.5 3
三. 红外测温法
红外测温法的特点
1. 非接触式测量，不破坏工件 2. 测量被测面的温度分布 3. 可以用于非导体材料测量 4. 容易受干扰
本章重点
影响切削热传出的主要因素 影响切削温度的主要因素 切削温度的测量(自然热电偶)
本章习题
第7页 第5，6，7，9，11，13题
4. 补偿电路
外加一个与附加热电偶值相等 而极性相反的热电势，其大小 随刀片的温度改变而改变
5. 热电偶的标定
6. 热电偶的快速标定
镍铬
试件C
镍铝
EAB:镍铬镍铝标准热 电偶
A
B EAC:待定热电偶
EAC
EAB
二. 人工热电偶
人工热电偶的特点
1. 需要破坏工件或刀具实用性差 2. 不能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. 可是用在陶瓷等非导体上
2. 进给量的影响
f θ ，但增速较慢 f F ，但是F的增加为f的68％-86％,所
第3章 3.3 切削热与切削温度
(1)自然热电偶法 (2)人工热电偶法
四、影响切削温度的因素
影响生热和散热的因素主要有：
切削用量;
刀具几何参数;
刀具磨损;
工件材料和切削液等。
1. 切削用量的影响
切削用量↑时，切削温度↑ 。 其中 v 对θ影响最大，
进给量 f 的影响比v 小，
背吃刀量 ap 的影响很小。
切削用量对切削温度的影响
vc、f、ap↗ θ ℃↗
x c y
C v f
314v f
0.4 c
ap
z
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
0.14
a
0.04 p
切削用量对切削温度的影响程度以切削
速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。 因此，若要切除给定的余量，又要求切 削温度较低，则在选择切削用量时，应优先 考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当 的进给量，最后再选择合理的切削速度。 上述切削用量选择原则是从最低切削温 度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规 程时，确定切削用量的原则。
二、切削热的计算
切削时所消耗的能量约98％～99％转换为切削热
，故单位时间内产生的切削热可由下式计算，J / s：
Q Fz v
式中 Q——单位时间内产生的切削热，J / s；
Fz——切削力，N；
四、影响切削温度的因素
影响生热和散热的因素主要有：
切削用量;
刀具几何参数;
刀具磨损;
工件材料和切削液等。
1. 切削用量的影响
切削用量↑时，切削温度↑ 。 其中 v 对θ影响最大，
进给量 f 的影响比v 小，
背吃刀量 ap 的影响很小。
切削用量对切削温度的影响
vc、f、ap↗ θ ℃↗
x c y
C v f
314v f
0.4 c
ap
z
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
0.14
a
0.04 p
切削用量对切削温度的影响程度以切削
速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。 因此，若要切除给定的余量，又要求切 削温度较低，则在选择切削用量时，应优先 考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当 的进给量，最后再选择合理的切削速度。 上述切削用量选择原则是从最低切削温 度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规 程时，确定切削用量的原则。
二、切削热的计算
切削时所消耗的能量约98％～99％转换为切削热
，故单位时间内产生的切削热可由下式计算，J / s：
Q Fz v
式中 Q——单位时间内产生的切削热，J / s；
Fz——切削力，N；
切削热与切削温度
•
＝C a
ap
0.04 p
• 式中 Cθap ─ 与切削条件有关的系数； • 0.04是反映ap 对θ的影响程度的指数。 • 因切削温度对刀具磨损和寿命影响很大，由以上分析可知， 为有效控制切削温度以提高刀具寿命，选用大的背吃刀量 或进给量，比选用大的切削速度有利。
5.3.2刀具几何参数对切削温度的影响
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。
• 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。
切削热与切削温度
2．切削用量
切削用量中对切削温度影响最大的是切削速度， 切削用量中对切削温度影响最大的是切削速度，其 次是进给量f，背吃刀量影响最小。 次是进给量 ，背吃刀量影响最小。因为当切削用 、f、a 增大时，变形和摩擦加剧，切削功率 增大时，变形和摩擦加剧， 量 p c所以切削温度升高。但 增大后，主切削刃 增大， 增大，所以切削温度升高。 a 增大后， a ν p 参加切削的长度以相同比例增加， 参加切削的长度以相同比例增加，显著改善了散热 条件； 增大 切屑与前刀面接触长度增加， 增大， 条件；f增大，切屑与前刀面接触长度增加，切屑变 形减小，切屑带走的热量也增加， 形减小，切屑带走的热量也增加，散热条件有所改 增高，虽然使切削力略为减少， 善； 增高，虽然使切削力略为减少，但切屑与 νc 前刀面接触长度减短，散热条件较差。实验得出， 前刀面接触长度减短，散热条件较差。实验得出， a 当切削速度增大一倍时，切削温度约增高20%~30%， 当切削速度增大一倍时，切削温度约增高 ， 当进给量f增加一倍 切削温度增高10%左右，当背 增加一倍， 左右， 当进给量 增加一倍，切削温度增高 左右 吃刀量增加一倍时，切削温度只增高约4%。 吃刀量增加一倍时，切削温度只增高约 。
§3-3 切削热与切削温度
切削热与切削温度是切削过程中产生的又一重 要物理现象。 要物理现象。切削过程中切削力所作的机械功的绝 大部分将转化成热能，即切削热。 大部分将转化成热能，即切削热。若切削热不及时 传散，则切削区的平均温度将大幅度地上升。 传散，则切削区的平均温度将大幅度地上升。切削 温度的升高，一方面使切削区工件材料的强度、 温度的升高，一方面使切削区工件材料的强度、硬 度下降，且使切削区工件材料的强度、硬度下降， 度下降，且使切削区工件材料的强度、硬度下降， 且使一些耐热性好、脆性大的刀具材料（ 且使一些耐热性好、脆性大的刀具材料（如硬质合 陶瓷材料等）的韧性有所改善， 金、陶瓷材料等）的韧性有所改善，从而使切削过 程进行比较顺利；但另一方面切削温度的升高， 程进行比较顺利；但另一方面切削温度的升高，会 加速刀具的磨损，使工件和机床产生热变形， 加速刀具的磨损，使工件和机床产生热变形，影响 零件的加工精度，造成工件表面的热损伤等。因此， 零件的加工精度，造成工件表面的热损伤等。因此， 研究切削热和切削温度的变化规律， 研究切削热和切削温度的变化规律，是研究金属切 削过程的一个重要方面。 削过程的一个重要方面。
切削热与切削温度
前刀面磨损 － 月牙洼磨损
前刀面磨损：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ前刀面磨损： 高速、大进给切削塑性金属时。 高速、大进给切削塑性金属时。
前刀面磨损
（2）后刀面磨损
切削脆性金属或较小切削厚度切削塑性材料时 切削脆性金属或较小切削厚度切削塑性材料时。 切削塑性材料
前、后刀面同时磨损
切削塑性金属时，中等速度和中等进给量的情况下。 切削塑性金属时，中等速度和中等进给量的情况下。
（3）刀具角度的影响 γo ↑ → θ ↓ ； γo ↑ ↑ → θ ↑ 切削热集中↑ 散热↓→ κr ↑ → bD ↓ → 切削热集中↑ → 散热↓→ θ ↑
（4）刀具磨损的影响：刀钝以后，摩擦加剧 ）刀具磨损的影响：刀钝以后， 的影响： （5）切削液的影响：冷却效果明显 ）切削液的影响 切削液的作用： 切削液的作用： （1）冷却作用 ）冷却作用 （2）润滑作用 ）润滑作用 （3）清洗作用 ）清洗作用 （4）防锈作用 ）防锈作用
（2）粘结磨损 ） 切屑、工件与前、后刀面之间， 切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力 和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦 和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。 副之间有相对运动，冷焊结被撕裂而带走， 副之间有相对运动，冷焊结被撕裂而带走，从而造成 磨损。 磨损。
（3）扩散磨损－化学磨损 ）扩散磨损－ 硬质合金刀具常见。 硬质合金刀具常见。
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×V
P m：J/s，F z：N，V：m/s
P m=P p+P f
P 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K
K ↑⇒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Kt
Kt ↑⇒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。
第五章 切削热和切削温度
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。
狭义的切削温度 : 所谓切削温度是指温度达到稳定状态时的刀具前 刀面与切屑的接触面上的平均温度。
选定这个部位上的温度作为切削温度的代表的原因
（1）温度测定比其它部分简单。
（2）与刀具磨损、刀具耐用度以及切削的机理 有密切的关系。 （3）与积屑瘤的生灭，加工表面质量的好坏、加 工精度的高低有密切关系。
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
1.对切削机理的影响 • 在切削过程中，三个变形区的金属产生弹性变形、 塑性变形及摩擦变形，切削功率的99.5%均转变为 剪切滑移变形(第一变形区)、前刀面摩擦变形(第 二变形区)及挤压、过剩变形、后刀面摩擦变形 (第三变形区)所耗能量，并在一瞬间转变为热能， 出现切屑、刀具切削刃区域及工件表面温升的现 象。
第五章 切削热与切削温度
（2）切削不锈钢和高温合金时，因为它们的导热系数 小，而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度，所以切削温 度要比切削其材料时高得多（图5.12）。
（3）切削合金结构钢时， 因其强度普遍高于45钢， 而导热系数又小与45钢， 所以，切削合金结构钢时 的切削温度一般高于切削 45钢时的切削温度 （图5.13）
由图可以看出：1）前刀面上温度最高处并不在切削刃 口处，而是在距离刃口有一定距离的位置，工件材料塑性越 大，距离刃口越远，反之越近。这是因为热量沿前刀面有个 积累过程的缘故，这也是刀具磨损严重之处。2）切削底层 的温度梯度最大，说明摩擦热集中在切削底层与前刀面的接 触处。
5.3
影响切削温度的因素
5.1
切削热的产生与传出
切削时共有三个生热区: 即剪切面区、切削与前刀面 接触区、后刀面与加工表面接触 区。 如图5.1所示。所以，切削 热来源于切削时消耗的变形和刀 具与切削、刀具与工件间的摩擦 功。
如果忽略后刀面上的摩擦功和进给运动给运动做的 功，并假定主运动所做的功全部转化为热能，则单位时间 内产生的切削热Pc 为
使用切削液对降低切削温度有明显效果。切削液有两个 作用：一方面可以减小切削与前刀面、后刀面与工件的摩 擦；另一方面可以吸收切削热。两者均使切削温度降低。但 切削液对切削温度的影响，与其导热系数、比热容、流量及 浇注方式有关。
人工热电偶法
（3）切削合金结构钢时， 因其强度普遍高于45钢， 而导热系数又小与45钢， 所以，切削合金结构钢时 的切削温度一般高于切削 45钢时的切削温度 （图5.13）
由图可以看出：1）前刀面上温度最高处并不在切削刃 口处，而是在距离刃口有一定距离的位置，工件材料塑性越 大，距离刃口越远，反之越近。这是因为热量沿前刀面有个 积累过程的缘故，这也是刀具磨损严重之处。2）切削底层 的温度梯度最大，说明摩擦热集中在切削底层与前刀面的接 触处。
5.3
影响切削温度的因素
5.1
切削热的产生与传出
切削时共有三个生热区: 即剪切面区、切削与前刀面 接触区、后刀面与加工表面接触 区。 如图5.1所示。所以，切削 热来源于切削时消耗的变形和刀 具与切削、刀具与工件间的摩擦 功。
如果忽略后刀面上的摩擦功和进给运动给运动做的 功，并假定主运动所做的功全部转化为热能，则单位时间 内产生的切削热Pc 为
使用切削液对降低切削温度有明显效果。切削液有两个 作用：一方面可以减小切削与前刀面、后刀面与工件的摩 擦；另一方面可以吸收切削热。两者均使切削温度降低。但 切削液对切削温度的影响，与其导热系数、比热容、流量及 浇注方式有关。
人工热电偶法
第三节__切削热和切削温度
但随刃偏角的增大，切削厚
度增大，切削变形和摩擦减 小，故切削温度降低。
3）刀尖圆弧半径的影响规律 负倒棱及刀尖圆弧半径 的增大，使切屑变形程度 增大产生的切削热增加， 但同时也使散热条件改善， 两者趋于平衡。因而负倒
棱和刀尖圆弧半径对切削
温度影响很小。
3.工件材料的影响
工件材料的强度（包括硬度）和导热系数对 切削温度的影响是很大的。由理论分析知，单 位切削力是影响切削温度的重要因素，而工件
-50%～86%,
Q刀 -40%～10%， Q工 -9%～3%， Q刀 -14.5%，
Q介 -1%。 Q介 -5%。
例如，在钻削钢时，其传热比力为
Q屑
-28%,
Q工 -52.5%，
切削速度对切削热传散的影响：
切削速度越高，由摩擦产生的热量增多，但切屑带走的热量也增加，传
递刀刀具中的热量减少，传递到工件中的热量更少。 在高速切削中，切屑的温度最高，工件和刀具的温度较低，这有利于切 削加工顺利进行。
温度约为900℃。该处压力高，热量集中。在后刀面上约 0.3mm处的最 高温度约为700℃。 3）切屑带走的热量最多，它的平均温度高于刀具、工件上的平均温度。 4）工件上最高温度在近切削刃处，平均温度较刀具上最高温度低20～30倍。
三、影响切削温度的主要因素
切削温度高低取决于两个方面：产生的热量和散热速度。 产生的热量少，散热速度高，则切削温度低；或者上述之一起主导作 用，也会降低切削温度。 因而，凡是能影响产生的热量和散热速度的因素均会影响切削温度的高低
数控技术专业《4切削热与切削温度》
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：
①第一变形区即剪切区的变形功转变的热。
②第二变形区即切屑与刀具前面之间的摩擦功转变的热。
③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。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，Qch〔50%~86%〕、Qc〔40%~10%〕、Qw 〔9%~3%〕、Qf〔1%〕。
钻削加工时，Qch〔28%〕、Qc〔%〕、Qw〔%〕、Qf〔5%〕。
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
切削热与切削温度
1）切屑带走 50～86% 2）工件带走 10～40% 3）刀具带走 3～9%
4）空气带走 1%
二、切削温度 切削温度是指切削区的平均温度。切削温
度对切削的影响大，切削中应力求使切削温度 低些。
1、影响切削温度的因素 生热和散热是影响切削温度的两个因素。 切削温度的高低是由生热和散热两方面综
合影响的结果。如，若产生的热多，散去的热 少，则切削温度就高；若产生的热多，散去的 热也多，则切削温度就低。
小结
一、切削热 1、切削热的来源（了解） 2、切削热的传散 （了解） 3、影响切削热的因素（掌握）
二、切削温度 1、影响切削温度的因素（掌握） 2、切削温度的控制（掌握）
小结：
1、 切削热的来源（了解） 2、 影响切削热和切削温度的因素（重点） 3、 切削温度的控制方法（重点）
刀刃长度L1＞L2，故450车刀散热性能好于900车 刀（如图2）。
2）切削用量 切削速度对切削温度的影响最大：切削速
度增大，切屑与前刀面摩擦加剧，切削温度 随之升高。虽然切屑带走的热量随切削速度 的增大而增大，但其它散热途径没有增强， 故切削温度升高大。
进给量对切削温度的影响次之：进给量增 大，切削厚度增加(如图3，进给量f2＞f1，切 削厚度aw2＞aw1)，切屑的变形增大，切削温 度随之升高，但升高不多。
课堂讨论：
课堂讨论 1
4）空气带走 1%
二、切削温度 切削温度是指切削区的平均温度。切削温
度对切削的影响大，切削中应力求使切削温度 低些。
1、影响切削温度的因素 生热和散热是影响切削温度的两个因素。 切削温度的高低是由生热和散热两方面综
合影响的结果。如，若产生的热多，散去的热 少，则切削温度就高；若产生的热多，散去的 热也多，则切削温度就低。
小结
一、切削热 1、切削热的来源（了解） 2、切削热的传散 （了解） 3、影响切削热的因素（掌握）
二、切削温度 1、影响切削温度的因素（掌握） 2、切削温度的控制（掌握）
小结：
1、 切削热的来源（了解） 2、 影响切削热和切削温度的因素（重点） 3、 切削温度的控制方法（重点）
刀刃长度L1＞L2，故450车刀散热性能好于900车 刀（如图2）。
2）切削用量 切削速度对切削温度的影响最大：切削速
度增大，切屑与前刀面摩擦加剧，切削温度 随之升高。虽然切屑带走的热量随切削速度 的增大而增大，但其它散热途径没有增强， 故切削温度升高大。
进给量对切削温度的影响次之：进给量增 大，切削厚度增加(如图3，进给量f2＞f1，切 削厚度aw2＞aw1)，切屑的变形增大，切削温 度随之升高，但升高不多。
课堂讨论：
课堂讨论 1
2.3切削热与切削温度
车削工件外圆时，工件受热 膨胀，切削后冷却至室温，尺寸 变小，特别是在精加工和超精密 加工时，切削温度的变化对工件 尺寸精度的影响特别大，因此控 制好切削温度，是保证加工精度 的有效措施。
四、切削温度的测定方法
1.自然热电偶法
自然热电偶法是利用工 件材料和刀具材料化学成份 的不同而构成热电偶的两极， 并分别连接测量仪表，组成 测量电路，刀具切削工件的 切削区域产生高温形成热端， 刀具与工件为热电偶冷端， 冷、热端之间热电势由仪表 （毫伏计）测定。切削温度 越高，测得热电势越大，它 们之间得对应关系可利用专 用装置经标定得到。
切削液的分类
（1）非水溶性切削液 ）
Leabharlann Baidu• •
切削油 固体润滑剂 非溶性切削液主要起润 滑作用。
（2）水溶性切削液 ）
• •
水溶液 乳化液 水溶性切削液有良好的 冷却作用和清洗作用。
4、极压切削油 、 在切削油中加入硫、氯和磷等极压添加剂，形成非常结实 的润滑膜，能显著提高润滑和冷却效果。 常用于难加工材料的加工。
2.切削用量
切削温度与切削用量的 关系式为： θ＝ CθVc Zθf
y a x θ p θ
三个影响指数 zθ＞yθ＞xθ，说 明切削速度对切削温度的影 响最大，背吃刀量对切削温 度的影响最小。
（3）刀具几何参数 ）
（4）刀具磨损 ）
3.3 切削热与切削温度
3.3 切削热与切削温度
一、切削热的产生和传导
切削热产生于三个变形区，
切削过程中消耗的能量约
98%转换为热能，切削热
q≈P c≈F c v
=C fc a p f 0.75v-0.15K Fc v
=C fc a p f 0.75v0.85K Fc
切削热通过切屑、工件、
刀具和周围介质向外传出
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
摩擦是切削热的又一来源
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
由实验得出切削温度经验公式如下
θ＝C θ v z θf y θa p x θ
式中系数及指数见表1-4,由表中数据看出：
z θ在0.3～0.5之间，y θ在0.15～0.3，x θ在0.05～0.1切削用量↑时切削温度↑，其中v 对θ影响最大，进给量f 的影响比v 小，背吃刀量a p 的影响很小。
（二）刀具几何参数的影响
1. 前角γ
的影响
γ
↑→变形程度↓→F↓q ↓→θ ↓
但γ
＞20°时，因散热面积↓，对θ的影响减小
2. 主偏角κr的影响
κ
r ↑，切削宽度a
w
↓，散热面积↓→θ↑
3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响
b
γ1 、r
ε
↑，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
第一篇-第四章 切削热与切削温度
Z y x p
C vc f a
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
314 v f
0.4 c
0.14
a
0.04 p
θ（℃） 1000
1 800
2 3
4
600
400 110 130 vc（m/min） 图3-25 切削速度、工件材料对切削温度的影响 1—GH131 2—1Cr18Ni9Ti 3—45钢(正火) 4—HT200 刀具材料：YT15；YG8 刀具几何参数：o=15，o=6~8， r=75，1= 10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm 切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r 10 30 50 70 90
四、影响切削温度的因素分析
1. 工件材料:
HB、σ b↗ 45#钢为例： 热处理 正火 调质 淬火 HB 187 229 44HRC σb 60 75 148 θ ℃ 100% 125% 145% 切削抗力↗ 功耗↗ θ℃↗
四、影响切削温度的因素分析
2. 切削用量对切削温度的影响： vc、f、ap↗ θ ℃↗
Ｃθ
140～170 80 150 320 f (mm/r)
Ｚθ
0.35～0.45 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26
Ｙθ
0.2～0.3
Ｘθ
0.08～0.10
C vc f a
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
314 v f
0.4 c
0.14
a
0.04 p
θ（℃） 1000
1 800
2 3
4
600
400 110 130 vc（m/min） 图3-25 切削速度、工件材料对切削温度的影响 1—GH131 2—1Cr18Ni9Ti 3—45钢(正火) 4—HT200 刀具材料：YT15；YG8 刀具几何参数：o=15，o=6~8， r=75，1= 10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm 切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r 10 30 50 70 90
四、影响切削温度的因素分析
1. 工件材料:
HB、σ b↗ 45#钢为例： 热处理 正火 调质 淬火 HB 187 229 44HRC σb 60 75 148 θ ℃ 100% 125% 145% 切削抗力↗ 功耗↗ θ℃↗
四、影响切削温度的因素分析
2. 切削用量对切削温度的影响： vc、f、ap↗ θ ℃↗
Ｃθ
140～170 80 150 320 f (mm/r)
Ｚθ
0.35～0.45 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26
Ｙθ
0.2～0.3
Ｘθ
0.08～0.10
切削热及切削温度
力是影响切削温度的重要因素，而工件材料的强度（包括硬度）直接决定了单位切 削力，所以工件材料强度（包括硬度）增大时，产生的切削热增多，切削温度升高。 工件材料的导热系数则直接影响切削热的导出。 4、刀具磨损的影响
在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影 响就愈明显。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温 度的影响，就比切碳素钢时大。 5、切削液的影响
2、切削温度影响因素
（1）切削用量
的影响：通常在 车床上利用测温 装置求出切削用 量对切削温度的 影响关系，并可 整理成下列一般 公式：
2、切削温度影响因素
由上可知：切削速度对切削温度影响最大，随切 削速度的进步，切削温度迅速上升。进给量对切 削温度影响次之，而背吃刀量ap变化时，散热面 积和产生的热量亦作相应变化，故ap对切削温度 的影响很小。
2、切削温度影响因素
（2）、刀具几何参数的影响 切削温度随前角γo的增大而降低。这是由于
前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热 减少的缘故。但前角大于18°～20°后，对切 削温度的影响减小，这是由于楔角变小而使散热 体积减小的缘故。
2、切削温度影响因素
3、工件材料的影响 工件材料的强度（包括硬度）和导热系数对切削温度的影响是很大的。单位切削
二、切削温度及其影响因素
1、切削温度：一般是指切屑、工件与刀具接触区域平均 温度。
在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影 响就愈明显。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温 度的影响，就比切碳素钢时大。 5、切削液的影响
2、切削温度影响因素
（1）切削用量
的影响：通常在 车床上利用测温 装置求出切削用 量对切削温度的 影响关系，并可 整理成下列一般 公式：
2、切削温度影响因素
由上可知：切削速度对切削温度影响最大，随切 削速度的进步，切削温度迅速上升。进给量对切 削温度影响次之，而背吃刀量ap变化时，散热面 积和产生的热量亦作相应变化，故ap对切削温度 的影响很小。
2、切削温度影响因素
（2）、刀具几何参数的影响 切削温度随前角γo的增大而降低。这是由于
前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热 减少的缘故。但前角大于18°～20°后，对切 削温度的影响减小，这是由于楔角变小而使散热 体积减小的缘故。
2、切削温度影响因素
3、工件材料的影响 工件材料的强度（包括硬度）和导热系数对切削温度的影响是很大的。单位切削
二、切削温度及其影响因素
1、切削温度：一般是指切屑、工件与刀具接触区域平均 温度。
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传导途径 切屑 工件 刀具 周围介质 干车削 50%～86% 9%～3% 40%～10% 1% 钻 削 28% 52% 15% 5%
3.3.2 切削温度及其分布和测量
1. 切削温度的测量 • 1) 自然热电偶法
• 利用刀具和工件材料化学成分的不同构 成热电偶，组成热电回路测量切削温度 的方法。 • 回路中形成了温差电动势，利用电位计 或毫伏表可以将其数值记录下来。再根 据事先标定的热电偶热电势与温度的关 系曲线 ( 标定曲线 ) ，便可以查出刀具与 工件接触区的切削温度值。
0.15
0.05
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 通过对比表中数据可知 xθ ＞ yθ ＞ zθ ， 说明切削用量三要素对切削温度的 影响 v ＞ f ＞ ap ，这与它们对切削力 的影响程度正好相反。
刀具 材料
高速钢
加工 方法
铣削 钻削
Cθ
xθ
yθ
zθ
车削 140～170 80 150 f/(mm/r) 硬质合 金 车削 320 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26 0.35～0.45 0.2～0.3 0.08～0.1
1000 900
θ(℃)
800 700 600 500 400 300 200 10
GH13 1
45 钢 (正火)
HT20～ 40
20 30 40 50
60
70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
4. 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，使切削区的金属的 塑性变形增加。同时，磨损后的刀具 后角变成零度，使工件与刀具的摩擦 加大，两者均使切削热的产生增加。 所以，刀具磨损是影响切削温度的重 1100 要因素。
GH13 1
45 钢 (正火)
HT20～ 40
20 30 40 50
60
70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 4) 脆性金属的抗拉强度和延伸率都较 小，切削过程中切削区的塑性变形很 小，切屑呈崩碎状或脆性带状，与前 刀面的摩擦也很小，所以产生的切削 热较少，切削温度一般比切削钢料时 1100 低。 1Cr18Ni9Ti
车刀
3.3.3 影响切削温度的主要因素
1. 切削用量 • 通过实验得到切削温度的经验公式。
C vc f a p
y
x
z
刀具 材料
高速钢
加工 方法
铣削 钻削
Cθ
xθ
yθ
zθ
车削 140～170 80 150 f/(mm/r) 硬质合 金 车削 320 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26 0.35～0.45 0.2～0.3 0.08～0.1
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 3) 背吃刀量ap
1200
θ(℃)
1000 800 600 1 2 3 4 ap(mm) 5 6
生热 切削力 消耗功率 ap 散热 切削宽度 切削刃参加切削的长度 散热条件改善
3.3.3 影响切削温度的主要因素
第三节 切削热和切削温度
目 录
• 3.3.1 切削热的产生和传出 • 3.3.2 切削温度及其分布和测量 • 3.3.3 影响切削温度的主要因素
返回目录
3.3.1 切削热的产生和传出
1. 热源 • 切削热的来源主要有两个方 面，一个是切屑与前刀面、 工件与后刀面之间的摩擦所 消耗的摩擦功，这是切削热 的主要来源。另一个是切削 层金属在刀具的作用下发生 弹性变形和塑性变形所消耗 的变形功。与此相对应，切 削热产生在三个区域，即剪 切面、切屑与前刀面接触区、 工件与后刀面接触区。
切屑 刀具
工件
3.3.1 切削热的产生和传出
2. 切削热的传播 • 切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、 刀具和周围介质(如空气、切削液等)，影 响热传导的主要因素是工件和刀具材料的 导热系数以及周围介质的状况。
• 切屑与刀具的接触时间也会影响切削温度。 不同的切削加工方法，切削热沿不通传导 途径传递出去的比例也各不相同。
3. 工件材料 • 1) 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。
1000 900 800 700 600 500 400 300 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 淬火 调质 正火
θ(℃)
• 用自然热电偶法测到的切削温度是切削 区的平均温度。
3.3.2 切削温度及其分布和测量
铜销 车床主轴尾部
卡盘
工件
顶尖
刀具 铜顶尖(与支架绝缘) 导线 绝缘层 毫伏表
3.3.2 切削温度及其分布和测量 1000 T10A 900 5CrNiM o 800 38CrMoAl A 700
θ(℃)
600 500 400 300 200 100 0 2 4 6 8 10 12 40Cr
W18Cr4 V
14 15 18 mV
3.3.2 切削温度及其分布和测量
• 2) 人工热电偶法
• 人工热电偶法是将两种预先经过标定的 金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接 在刀具或工件上预定要测量温度的点上， 冷端通过导线串接电位计或毫伏表。根 据表上的读数值和热电偶标定曲线，可 获得焊接点上的温度。 • 应用人工热电偶法，只能测得距前刀面 有一定距离处某点的温度，
刀具 750℃
hD＝0.6mm
工件
3.3.2 切削温度及其分布和测量
• (1) 剪切面上各点的温度基本一致，由此可以推想剪切面上 各点的的应力应变规律基本上变化不大； • (2) 前刀面和后刀面上的最高温度处都在离刀刃有一定距离 的地方，这是摩擦热沿刀面不断增加的缘故。温度最高点出 现在前刀面上； • (3) 在剪切区域内，垂直剪切方向上温度梯度较大，这是由 于剪切滑移的速度很快，热量来不及传导出来，从而形成较 大的温度梯度； • (4) 垂直前刀面的切屑底层温度梯度大。这说明前刀面上的 摩擦是集中在切屑的底层，因此切削温度对前刀面的摩擦系 数有较大影响； • (5) 后刀面的接触长度很小，因此温度的升降是在极短时间 内完成的，已加工表面受到一次热冲击； • (6) 工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度越大，切削温 度的分布也就均匀些。工件材料脆性越大，最高温度所在的 点离刀刃越近； • (7) 工件材料导热系数越低，前、后刀面的温度越高。
1000 vc＝117m/min vc＝94m/min vc＝71m/min 900 800 700 600 0 0.2 0.4 0.6 0.8 VB(mm)
θ(℃)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
5. 切削液 • 切削液对降低切削温度、减少刀具磨 损和提高已加工表面质量有明显的效 果，在切削加工中应用很广。切削液 对切削温度的影响，与切削液的导热 性能、比热、流量、浇注方式以及本 身的温度有很大关系。从导热性能来 看，水基切削液＞乳化液＞油类切削 液。
3.3.2 切削温度及其分布和测量 前刀面温度 (℃)
1200 1000 800 600 后 刀 面 温 度 (℃) 400 200 800 600 400 200 1 3 2 后刀面上距刀刃距离 (mm) 0.2 0.2 0.6 1.0 1.4 0.6 1.0 1.5 2.0 3 2 1 前 刀 面 上 距 刀 刃 距 离 (mm) 4
θ(℃)
900 800 700 600 30°
45°
60°
75°
90°κr
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 3) 负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对 切削温度的影响 • 负倒棱宽度在 (0 ～ 2)f 范围内变化， 刀尖圆弧半径在0～1.5mm范围内变 化，基本上不会影响切削温度。
3.3.3 影响切削温度的主要因素
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 合金结构钢的强度普遍高于45钢， 而导热系数又一般均低于 45 钢。所 以切削合金结构钢时的切削温度一般 均高于切削45钢时的切削温度。
1000 900 5CrNiM o W18Cr4 V 38CrMoAl A 45 正火
θ(℃)
800 700 600 500 400 300 10 20 30 40 50 60 70 80 90 vc(m/min) 100 110 120 130
2. 刀具几何参数 • 1) 前角γo对切削温度的影响
1000
θ(℃)
900 800 700 600 500 -10° 0°
1
3 10° 20°
2
30°γo
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 主偏角κr对切削温度的影响
1100 1000 vc＝2.25m/s vc＝1.75m/s vc＝1.35m/s
0.15
0.05
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 1) 切削速度v
1200 1000
θ(℃)
800 600 400 300 20 30 40 60 80 100 150 200 vc(m/min)
单位时间金属切除率 消耗功率 生热 剪切角 切削力 单位切削力 单位切削功率 vc 散热单位时间金属切除率 切屑带走热量 切屑流出速度 向切屑传递热量
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 进给量f
1200
θ(℃)
1000 800 600 0.1 0.2 0.3 0.4 f(mm/r) 0.6
切削力 消耗功率 生热 f 单位切削力 单位切削功率 散热 切削厚度 切屑厚度 切屑热容量 切屑带走热量
3.3.2 切削温度及其分布和测量
工件
刀具
工件
刀具
毫伏表
毫伏表
(a)测刀具
Fra Baidu bibliotek(b)测工件
3.3.2 切削温度及其分布和测量
2. 切削温度的分布(温度场) • 温度场是指工件、切屑和刀具上 各点的温度分布。 h ＝0.9mm
680℃
ch
690℃ 700℃ 730℃ 670℃ 740℃
660℃ 640℃ 620℃
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 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。
1100 1000
θ(℃)
1Cr18Ni9Ti
900 800 700 600 500 400 300 200 10
3.3.2 切削温度及其分布和测量
1. 切削温度的测量 • 1) 自然热电偶法
• 利用刀具和工件材料化学成分的不同构 成热电偶，组成热电回路测量切削温度 的方法。 • 回路中形成了温差电动势，利用电位计 或毫伏表可以将其数值记录下来。再根 据事先标定的热电偶热电势与温度的关 系曲线 ( 标定曲线 ) ，便可以查出刀具与 工件接触区的切削温度值。
0.15
0.05
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 通过对比表中数据可知 xθ ＞ yθ ＞ zθ ， 说明切削用量三要素对切削温度的 影响 v ＞ f ＞ ap ，这与它们对切削力 的影响程度正好相反。
刀具 材料
高速钢
加工 方法
铣削 钻削
Cθ
xθ
yθ
zθ
车削 140～170 80 150 f/(mm/r) 硬质合 金 车削 320 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26 0.35～0.45 0.2～0.3 0.08～0.1
1000 900
θ(℃)
800 700 600 500 400 300 200 10
GH13 1
45 钢 (正火)
HT20～ 40
20 30 40 50
60
70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
4. 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，使切削区的金属的 塑性变形增加。同时，磨损后的刀具 后角变成零度，使工件与刀具的摩擦 加大，两者均使切削热的产生增加。 所以，刀具磨损是影响切削温度的重 1100 要因素。
GH13 1
45 钢 (正火)
HT20～ 40
20 30 40 50
60
70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 4) 脆性金属的抗拉强度和延伸率都较 小，切削过程中切削区的塑性变形很 小，切屑呈崩碎状或脆性带状，与前 刀面的摩擦也很小，所以产生的切削 热较少，切削温度一般比切削钢料时 1100 低。 1Cr18Ni9Ti
车刀
3.3.3 影响切削温度的主要因素
1. 切削用量 • 通过实验得到切削温度的经验公式。
C vc f a p
y
x
z
刀具 材料
高速钢
加工 方法
铣削 钻削
Cθ
xθ
yθ
zθ
车削 140～170 80 150 f/(mm/r) 硬质合 金 车削 320 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26 0.35～0.45 0.2～0.3 0.08～0.1
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 3) 背吃刀量ap
1200
θ(℃)
1000 800 600 1 2 3 4 ap(mm) 5 6
生热 切削力 消耗功率 ap 散热 切削宽度 切削刃参加切削的长度 散热条件改善
3.3.3 影响切削温度的主要因素
第三节 切削热和切削温度
目 录
• 3.3.1 切削热的产生和传出 • 3.3.2 切削温度及其分布和测量 • 3.3.3 影响切削温度的主要因素
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3.3.1 切削热的产生和传出
1. 热源 • 切削热的来源主要有两个方 面，一个是切屑与前刀面、 工件与后刀面之间的摩擦所 消耗的摩擦功，这是切削热 的主要来源。另一个是切削 层金属在刀具的作用下发生 弹性变形和塑性变形所消耗 的变形功。与此相对应，切 削热产生在三个区域，即剪 切面、切屑与前刀面接触区、 工件与后刀面接触区。
切屑 刀具
工件
3.3.1 切削热的产生和传出
2. 切削热的传播 • 切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、 刀具和周围介质(如空气、切削液等)，影 响热传导的主要因素是工件和刀具材料的 导热系数以及周围介质的状况。
• 切屑与刀具的接触时间也会影响切削温度。 不同的切削加工方法，切削热沿不通传导 途径传递出去的比例也各不相同。
3. 工件材料 • 1) 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。
1000 900 800 700 600 500 400 300 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 淬火 调质 正火
θ(℃)
• 用自然热电偶法测到的切削温度是切削 区的平均温度。
3.3.2 切削温度及其分布和测量
铜销 车床主轴尾部
卡盘
工件
顶尖
刀具 铜顶尖(与支架绝缘) 导线 绝缘层 毫伏表
3.3.2 切削温度及其分布和测量 1000 T10A 900 5CrNiM o 800 38CrMoAl A 700
θ(℃)
600 500 400 300 200 100 0 2 4 6 8 10 12 40Cr
W18Cr4 V
14 15 18 mV
3.3.2 切削温度及其分布和测量
• 2) 人工热电偶法
• 人工热电偶法是将两种预先经过标定的 金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接 在刀具或工件上预定要测量温度的点上， 冷端通过导线串接电位计或毫伏表。根 据表上的读数值和热电偶标定曲线，可 获得焊接点上的温度。 • 应用人工热电偶法，只能测得距前刀面 有一定距离处某点的温度，
刀具 750℃
hD＝0.6mm
工件
3.3.2 切削温度及其分布和测量
• (1) 剪切面上各点的温度基本一致，由此可以推想剪切面上 各点的的应力应变规律基本上变化不大； • (2) 前刀面和后刀面上的最高温度处都在离刀刃有一定距离 的地方，这是摩擦热沿刀面不断增加的缘故。温度最高点出 现在前刀面上； • (3) 在剪切区域内，垂直剪切方向上温度梯度较大，这是由 于剪切滑移的速度很快，热量来不及传导出来，从而形成较 大的温度梯度； • (4) 垂直前刀面的切屑底层温度梯度大。这说明前刀面上的 摩擦是集中在切屑的底层，因此切削温度对前刀面的摩擦系 数有较大影响； • (5) 后刀面的接触长度很小，因此温度的升降是在极短时间 内完成的，已加工表面受到一次热冲击； • (6) 工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度越大，切削温 度的分布也就均匀些。工件材料脆性越大，最高温度所在的 点离刀刃越近； • (7) 工件材料导热系数越低，前、后刀面的温度越高。
1000 vc＝117m/min vc＝94m/min vc＝71m/min 900 800 700 600 0 0.2 0.4 0.6 0.8 VB(mm)
θ(℃)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
5. 切削液 • 切削液对降低切削温度、减少刀具磨 损和提高已加工表面质量有明显的效 果，在切削加工中应用很广。切削液 对切削温度的影响，与切削液的导热 性能、比热、流量、浇注方式以及本 身的温度有很大关系。从导热性能来 看，水基切削液＞乳化液＞油类切削 液。
3.3.2 切削温度及其分布和测量 前刀面温度 (℃)
1200 1000 800 600 后 刀 面 温 度 (℃) 400 200 800 600 400 200 1 3 2 后刀面上距刀刃距离 (mm) 0.2 0.2 0.6 1.0 1.4 0.6 1.0 1.5 2.0 3 2 1 前 刀 面 上 距 刀 刃 距 离 (mm) 4
θ(℃)
900 800 700 600 30°
45°
60°
75°
90°κr
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 3) 负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对 切削温度的影响 • 负倒棱宽度在 (0 ～ 2)f 范围内变化， 刀尖圆弧半径在0～1.5mm范围内变 化，基本上不会影响切削温度。
3.3.3 影响切削温度的主要因素
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 合金结构钢的强度普遍高于45钢， 而导热系数又一般均低于 45 钢。所 以切削合金结构钢时的切削温度一般 均高于切削45钢时的切削温度。
1000 900 5CrNiM o W18Cr4 V 38CrMoAl A 45 正火
θ(℃)
800 700 600 500 400 300 10 20 30 40 50 60 70 80 90 vc(m/min) 100 110 120 130
2. 刀具几何参数 • 1) 前角γo对切削温度的影响
1000
θ(℃)
900 800 700 600 500 -10° 0°
1
3 10° 20°
2
30°γo
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 主偏角κr对切削温度的影响
1100 1000 vc＝2.25m/s vc＝1.75m/s vc＝1.35m/s
0.15
0.05
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 1) 切削速度v
1200 1000
θ(℃)
800 600 400 300 20 30 40 60 80 100 150 200 vc(m/min)
单位时间金属切除率 消耗功率 生热 剪切角 切削力 单位切削力 单位切削功率 vc 散热单位时间金属切除率 切屑带走热量 切屑流出速度 向切屑传递热量
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 进给量f
1200
θ(℃)
1000 800 600 0.1 0.2 0.3 0.4 f(mm/r) 0.6
切削力 消耗功率 生热 f 单位切削力 单位切削功率 散热 切削厚度 切屑厚度 切屑热容量 切屑带走热量
3.3.2 切削温度及其分布和测量
工件
刀具
工件
刀具
毫伏表
毫伏表
(a)测刀具
Fra Baidu bibliotek(b)测工件
3.3.2 切削温度及其分布和测量
2. 切削温度的分布(温度场) • 温度场是指工件、切屑和刀具上 各点的温度分布。 h ＝0.9mm
680℃
ch
690℃ 700℃ 730℃ 670℃ 740℃
660℃ 640℃ 620℃
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 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。
1100 1000
θ(℃)
1Cr18Ni9Ti
900 800 700 600 500 400 300 200 10