切削热和切削温度
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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
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，
切削热和切削温度的关系
切削热和切削温度的关系
切削热和切削温度的关系：
一、切削热的定义
切削热，又称切削摩擦热，是指钻、刨、扳、铣等类切削工艺过程中，各部件之间所产生的相互摩擦作用所引发的热量。
切削热主要分布在
工件前端工具口部，断层处和口角处，向外延伸到隔水层内部。
二、切削温度的影响因素
1、切削参数：切削参数包括切削速度、进刀量、刀具尺寸以及刀具结
构参数；
2、切削材料特性：材料的物理特性，如材料的硬度、弹性模量、热导
率等，决定了材料的切削热传输率；
3、工件表面状态：工件表面的光洁度或粗糙度也会因受压磨削热中的
切摩擦热而发生变化；
4、切削环境：切削环境变化会影响空气中的切削温度。
所以，切削工
艺中要仔细把握切削温度。
三、切削温度的控制
1、采用合理的切削参数：提高切削速度可以有效减少切削热，调节进刀量可以避免过多的刀具磨损和加大刀具的寿命；
2、采用合理的切削环境：在低温的切削环境中，切削热能够更快地排出，从而降低切削温度；
3、把握切削工件表面温度：切削前，可以根据工件表面温度调整切削参数，使切削温度不过高；
4、利用切削润滑液：切削时，可以使用切削润滑液，它可以对切削前端起到良好的润滑作用，减少切削温度；
5、正确使用刀具：正确使用刀具可以减少不必要的刀具消耗，从而降低切削热，减少切削温度。
四、切削温度的临界值
切削温度的临界值取决于切削材料的性能，一般情况下，普通工件的切削温度临界值一般设定为1000~3000℃，钢材切削的临界值在1500~2500℃，高硬度合金的切削温度不宜超过500℃。
如果切削温度超过了临界值，会导致工件裂痕、烧伤和工具烧毁等问题。
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。
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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。
切削热与切削温度
三、切削热对切削Biblioteka 程的影响切削温度高低决定于产生热量多少和传散热量的 快慢两方面。 快慢两方面。凡是能减小切削过程产生热量的因素 和改善散热条件的因素，都能降低切削温度。 和改善散热条件的因素，都能降低切削温度。 1．工件材料 ．
材料的强度、 材料的强度、硬度高，切削时消耗的切削功率
越多，产生的切削温度也高。如加工合金钢产生的 越多，产生的切削温度也高。 切削温度较加工45钢高 钢高30%； 切削温度较加工 钢高 ； 切削区散热越慢， 材料的导热系数越低，切削区散热越慢，切削 温度越高。不锈钢导热系数较45钢小 钢小3倍 温度越高。不锈钢导热系数较 钢小 倍，故切削时 产生的切削温度多于45钢 产生的切削温度多于 钢40%。 。 脆性金属材料时 由于切屑呈崩碎状， 加工脆性金属材料 加工脆性金属材料时，由于切屑呈崩碎状，与前 面的摩擦较小，切削变形也较小，故产生的切削温 面的摩擦较小，切削变形也较小，故产生的切削温 度较低。 度较低。
切削时所产生的热量由切屑、工件、 切削时所产生的热量由切屑、工件、刀具 分别用Q屑 及周围介质传出，分别用 屑、Q工 、Q 工 刀 、Q介表示。 介表示。 上述切削热产生的产生和传散可以写出平 衡方程式： 衡方程式：
Q=Q弹+Q塑+Q前摩 后摩 弹 塑 前摩 后摩=Q 前摩+Q后摩 屑+Q工+Q刀 +Q介 工 刀 介
§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。
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。
第三节__切削热和切削温度
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
学习目的
通过对切削热的来源、切削温度的分布及影响因素进行
研究，以便控制切削热和切削温度对切削过程的影响。
学习内容
一、切削热的来源及传出 二、切削区的温度及其分布 三、影响切削温度的主要因素
一、切削热的来源及传出
1、切削热来源
1）被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功， 这是切削热的一个重要来源。 2）切屑与前刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 3）工件与后刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 因此，切削时共有三个发热区域 剪切面 切屑与前刀面接触区 后刀面与过渡表面接触区
所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。
根据切削理论，切削变形和摩擦而产生的热量.
在剪切面上的塑性变形产生的热量最多。 单位时间内产生的切削热的计算公式
Q —单位时间内产生的切削热（J/s）； Fc—主切削力（N）； Vc—切削速度（m/s）。
注：该公式中忽略了进给运动所消耗的功率，且假定主运动所消耗的功全部转化为热能。
3）实际意义： 从降低切削温度的角度出发，切削用量的选择原则：为提高切削效率， 应优先选用较大的背吃刀量，其次增加进给量，最后确定刀具和机床性 能允许的最大切削速度。
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
学习目的
通过对切削热的来源、切削温度的分布及影响因素进行
研究，以便控制切削热和切削温度对切削过程的影响。
学习内容
一、切削热的来源及传出 二、切削区的温度及其分布 三、影响切削温度的主要因素
一、切削热的来源及传出
1、切削热来源
1）被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功， 这是切削热的一个重要来源。 2）切屑与前刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 3）工件与后刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 因此，切削时共有三个发热区域 剪切面 切屑与前刀面接触区 后刀面与过渡表面接触区
所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。
根据切削理论，切削变形和摩擦而产生的热量.
在剪切面上的塑性变形产生的热量最多。 单位时间内产生的切削热的计算公式
Q —单位时间内产生的切削热（J/s）； Fc—主切削力（N）； Vc—切削速度（m/s）。
注：该公式中忽略了进给运动所消耗的功率，且假定主运动所消耗的功全部转化为热能。
3）实际意义： 从降低切削温度的角度出发，切削用量的选择原则：为提高切削效率， 应优先选用较大的背吃刀量，其次增加进给量，最后确定刀具和机床性 能允许的最大切削速度。
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。
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κr ↑，切削宽度aw↓，散热面积↓→θ↑3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响bγ1 、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，切削温度升高; VB达一定值影响加剧; v越高刀磨损对θ影响越显著（五）切削液的影响浇切削液对↓切削温度↓刀具磨损↑加工质量有明显效果。
热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著。
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
2.3切削热与切削温度
在金属切削过程中， 在金属切削过程中，正确的使用切削 液可以减少摩擦； 液可以减少摩擦；降低切削温度和切削 力；减少切屑与道具的粘结抑制积屑瘤 和鳞刺得生长；提高零件的便面质量； 和鳞刺得生长；提高零件的便面质量； 保证加工精度和提高生产效率。 保证加工精度和提高生产效率。
切削液的作用 （1）冷却作用 ） （2）润滑作用 ）
（5）切削液 ）
利用切削液的润滑功能 降低摩擦系数，减少切削热 的产生，也可利用它的冷却 功用吸收大量的切削热，所 以采用切削液是降低切削温 度的重要措施。
刀具主后面磨损 时，后角减小，后面 与工件间摩擦加剧。 刃口磨损时，切屑形 成过程的塑性变形加 剧，使切削温度增大。
图
前角与切削温度的关系
六、切削液
切削液的选用
•按工件材料选用 加工钢等塑性材料时，需要切削液；加工 按工件材料选用 铸铁等脆性材料时，不用切削液。 •按刀具材料选用 高速钢刀具耐热性差，粗加工时应选用以 按刀具材料选用 冷却作用为主的切削液，以降低切削温度；在精加工时应使 用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，以提高 加工表面质量。硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削 液； •按加工方法选用 对半封闭、封闭加工，选用极压乳化液或 按加工方法选用 极压切削油，以对切削区进行冷却、润滑和对切屑冲洗。磨 削加工时，由于磨削区温度很高，磨屑会破坏已磨削表面质 量,要求切削液具有良好的冷却、清洗、排屑和防锈性能，一 般选用乳化液。
切削液的添加剂
为改善切削液 性能所加入的化学 物质，称为添加剂。 物质，称为添加剂。 用以改善在较低温度 下切削液的极压添加剂 极压添加剂
比油性添加剂 能耐较高的温度。 能耐较高的温度。
3.表面活性剂 表面活性剂
切削热与切削温度
2、切削温度的控制 1）刀具角度 ①增大前角
在保证刀具耐用度的前提下，尽可能使 刀具锋利，即增大车刀前角，通过减少切 屑的变形和前刀面与切屑的摩擦来控制热 的生成量（如图1）。
②减小主偏角
主偏角越小，在相同切削深度情况下，刀刃
参加切削的长度越长，刀具的散热面积增大，
散热多，故切削温度低。 如图2，主偏角为450、900的车刀参加切削的
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）
课堂讨论：
课堂讨论 1
1、因车刀前角对切削热的影响较大，故为了得 到较低的切削温度，车刀前角越大越好。此种说 法是否正确？
课堂讨论 2
2、某工人为了防止“烧刀”，采用了较小 的主偏角和较大的切削速度，并采用了冷却 液。问此举是否正确？
课堂讨论 3
3、在主偏角为450、750、900的车刀中， 900车刀的散热性能最好。此种说法是否 正确？
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，切削厚度增加切屑的变形增大，切削温 度随之升高，但升高不多。
切削深度对切削温度的影响最小：切削深度增大，虽然切削热增 大，但车刀的散热面积也按比例增大，故切削温度升高很少。
切削热及切削温度
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。
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。切削时做的功，可转化为等量的 热。功削热除少量散逸在四周介质中外，其余均 传进刀具、切屑和工件中，并使它们温度升高， 引起工件变形、加速刀具磨损。因此，研究切削 热与切削温度具有重要的实用意义。
一、切削热的产生和传导
1、切削热的产生 切削热是由切削功转变而来的。如
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、切削热的传导
Q传出=Q切屑+Q工件+Q刀具+Q介质 切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周期介质(如空气)传出。
各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及几何角度 等。车削时的切削热主要是由切屑传出的。用高速钢切削钢材时，约 有50%~80%的切削热由切屑带走，10%~40%的热传入工件， 3%~9%的热传给刀具，传给介质的热仅有1%左右。传入刀具的热最 虽不是很多，但由于刀具切削部分体积很小，因此，引起刀具温度升 高较快(高速切削时，刀头温度可达1000℃以上)，从而加速刀具的磨 损。 传入工件的热量可使工件的温度升高，引起工件材料膨胀变 形，从而产生形状和尺寸误差，降低加工精度。传入切屑和介质的热 量越多，对加工越有利，因此，在切削加工中应设法减小切削热，改 善散热条件，以减小高温对刀具和工件的不良影响。
第五切削热和切削温度
切屑与前刀面的接触长度减短， 散热条件差；
f增加，ap增大，变形减小，压力中心较远离刀尖，散热 条件有所改善；ap增加，参加工作的刀刃ห้องสมุดไป่ตู้度按比例增大，
散热条件同时得到改善。
由此可见，在金属切除率相同的条件下，为降低切削温
度， 防止刀具迅速磨损，提高刀具耐用度，增加ap或f远比 增加vc更为有利。
2、几何参数
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。
4、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 切削作用降低，推挤力和摩擦力增大，功耗增加，产生的 热量增多，故使切削温度上升。刀具磨损量增大， 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 走大量磨擦热。切削液可显著降低切削温度。
切削温度分布
★ 切削塑性材料 —— 前刀面靠近刀尖处温 度最高。
★ 切削脆性材料 —— 后刀面靠近刀尖处温 度最高。
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，
图 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 s=具0几，何b=参0.数1m：m，o=r1=50.，2mmo=6~8，r=75，1= -10， 切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r
5.5 切削温度的分布
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：
f增加，ap增大，变形减小，压力中心较远离刀尖，散热 条件有所改善；ap增加，参加工作的刀刃ห้องสมุดไป่ตู้度按比例增大，
散热条件同时得到改善。
由此可见，在金属切除率相同的条件下，为降低切削温
度， 防止刀具迅速磨损，提高刀具耐用度，增加ap或f远比 增加vc更为有利。
2、几何参数
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。
4、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 切削作用降低，推挤力和摩擦力增大，功耗增加，产生的 热量增多，故使切削温度上升。刀具磨损量增大， 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 走大量磨擦热。切削液可显著降低切削温度。
切削温度分布
★ 切削塑性材料 —— 前刀面靠近刀尖处温 度最高。
★ 切削脆性材料 —— 后刀面靠近刀尖处温 度最高。
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，
图 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 s=具0几，何b=参0.数1m：m，o=r1=50.，2mmo=6~8，r=75，1= -10， 切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r
5.5 切削温度的分布
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：
切削热与切削温度
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。
砂轮切割机在切钢材，火星四射
车间里加工零件产生的铁屑的颜色
精工实习的锤子及其使用的割 据
切削热与切削温度
1：什么是切削热与切削温度 2：切削热的产生和传出 3：切削温度的测量和分布 4：影响切热：在切削加工过程中，由于被切削材 料层的变形、分离及刀具和被切削材料间 的摩擦而产生的热量。 切削温度：切削过程中切削区域的温度（一 般指前刀面与切屑接触区域的平均温度）。 尽管切削热是切削温度上升的根源，但直 接影响切削过程的却是切削温度。
2：切削用量 （1）.切削速度 提高切削速度，切削温度将显著上升。
• 原因一：切削速度提高，单位时间 的金属切除率成正比增多，消耗的 功增大，切削热也会增大，由切屑，
工件与刀具间发生强烈摩擦而产生大量切削热；
故使切削温度上升。 • 原因二：由于切削速度很高，在很短的时间内切屑底层的热来不及向 切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，使切削温度显著升高。 • 注意：随着切削速度的提高到一定程度，切屑流加快，切削产生的热 量来不及传到刀具和工件上就被切屑带走，另外，随着切削速度提高， 切屑变形程度也相应减小，因此切削温度不会随切削速度成倍增长， 从实验结果来看，切削温度大约增加20%—30%
切削热的计算
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，则单位时间内产生的切削热能，则单位时 间内产生的切削热可由下式计算
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• 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
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
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
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
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。
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
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
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。
3.3.3 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
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。
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。
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。
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(℃)
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
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。
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
• 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 Nhomakorabea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
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
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
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
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
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。
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
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
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。
3.3.3 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
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。
第三节 切削热和切削温度
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• 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。
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。
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(℃)
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
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。
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
• 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 Nhomakorabea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