第二章 第四节 切削热和切削温度讲解
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切削热及影响切削温度的主要因素.
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4．切削液方面
切削过程浇注切削液，由于其具有润滑作用，能够减小切屑、工件
与刀具的摩擦，产生的热量少；同时切削液还有冷却作用，能够带走大 量的切削热，所以切削温度低。
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切削热的利用与限制
切削热给金属切削加工带来许多不利影响，采取措施减少和限制切 削热的产生是必要的和重要的。 切削热有时也可以加以利用，如在加工淬火钢时，可采用负前角并
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2）主偏角
在背吃刀量相同时：
减小主偏角 切屑厚度减小 切削变形减小
刀刃参加切削的长度增加
产生的热量减少 切削温度降低
刀尖角增大
刀具的散热条件变好
主偏角增大，切削温度升高。
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（2）刀具磨损 刀具磨损对切削温度也有着明显的影响。 刀具磨损后 刀刃变钝 切割作用减小
在一定的切削速度下进行切削，既加强了刀刃的强度，同时产生的大量
切削热能使切削层软化，降低硬度，从而易于切削。
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2．切削热的传散 不使用切削液车削、钻削时切削热的传散比例
Q屑
车 削 钻 削 50%~86% 28%
Q刀
40%~10% 14.5%
Q工
9%~3% 52.5%
Q介
1% 5%
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温度分布及生产中对切削温度的判断方法
1．切削区域温度的分布 切削温度一般是指切屑、工件和刀具接触表面上的平均温度， 即切削区域的平均温度。
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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。
切削热与切削温度分析
切削温度：一般指切屑、工件与刀具接触表面上 的平均温度。
二、温度分布（温度பைடு நூலகம்）
工件：低碳钢；刀具前角30度，后角7度； 切削用量：Vc=22.8mm/min，厚度为0.6mm；干切削。
二、温度分布（温度场）
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----切削速度
随着切削速度 的提高，切削层金 属塑性变形产生的 热量来不及传到工 件与刀具就被切屑 带走了，因此VC提 高1倍，切削温度 仅增加20~33%。
问题：看图说明前角和主偏角对T的影响
四、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响
1. 切削温度对工件材料强度和切削力的影响 2. 切削温度对刀具材料的影响 3. 切削温度对工件尺寸精度的影响 4. 利用切削温度自动控制切削速度和进给量 5. 利用切削温度与切削力控制刀具磨损
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%
（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
二、温度分布（温度பைடு நூலகம்）
工件：低碳钢；刀具前角30度，后角7度； 切削用量：Vc=22.8mm/min，厚度为0.6mm；干切削。
二、温度分布（温度场）
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----切削速度
随着切削速度 的提高，切削层金 属塑性变形产生的 热量来不及传到工 件与刀具就被切屑 带走了，因此VC提 高1倍，切削温度 仅增加20~33%。
问题：看图说明前角和主偏角对T的影响
四、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响
1. 切削温度对工件材料强度和切削力的影响 2. 切削温度对刀具材料的影响 3. 切削温度对工件尺寸精度的影响 4. 利用切削温度自动控制切削速度和进给量 5. 利用切削温度与切削力控制刀具磨损
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%
（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
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。
切削热与切削温度
3. 刀具磨损原因 高速钢刀具） （1）磨粒磨损 （高速钢刀具） ） 切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度， 切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其结 构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点， 构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，能在 刀具表面刻划出沟纹，这就是磨粒磨损。 刀具表面刻划出沟纹，这就是磨粒磨损。 硬质点有碳化物(如 硬质点有碳化物 如Fe3C、TiC、VC等)、氮化物 、 、 等、 (如TiN、Si3N4等)、氧化物 如Si02、A12O3等)和金 如 、 、氧化物(如 和金 属间化合物。 属间化合物。
氧化磨损： 氧化磨损： 空气不易进入刀—屑接触区。氧化磨损最容易在主、 空气不易进入刀 屑接触区。氧化磨损最容易在主、 屑接触区 副切削刃的工作边界处形成，在这里划出较深的沟槽， 副切削刃的工作边界处形成，在这里划出较深的沟槽， 造成“边界磨损” 造成“边界磨损”。
温度对磨损的影响
（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
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、 1. 切削温度对工件材料强度和切削力的影响 2. 切削温度对刀具材料的影响 3. 切削温度对工件尺寸精度的影响 4. 利用切削温度自动控制切削速度和进给量 5. 利用切削温度与切削力控制刀具磨损
刀具磨损与刀具寿命
金属切削原理PPT课件
在切削加工中，也有用进给速度 来表示进 给运动的。所谓进给速度是刀刃选定点相对于工 件的进给运动的速度，其单位为mm／s。若进给 运动为直线运动，则进给速度在刀刃上各点是相 同的。
３. 背吃刀量 对外圆车削（图１－１） 和平面刨削（图１－２）而言，背吃刀量等于已 加工表面与待加工表面间的垂直距离；其中外圆 车削的背吃刀量：
总之，任何切削加工方法都必须有一个主运 动，可以有一个或几个进给运动。主运动和进给 运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具 单独完成（例如在钻床上钻孔或铰孔）。
二 工件上的加工表面
在切削过程中，通常工件上存在三个表面， 以图１－１的外圆车削和图１－２的平面刨削为 例，它们是：
１．待加工表面 它是工件上即将被切去的
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
（一）刀具在正交平面参考系中的标注角度
刀具标注角度的内容包括两个方面：一是确
定刀具上刀刃位置的角度；二是确定前刀面与后 面位置的角度。以外圆车刀为例（图１－９）， 确定车刀主切削刃位置的角度有二：
主偏角 它是在基面上，主切切削忍与 基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最低的点时， 为负值；反之，当刀尖在主切削刃上为最高的点 时， 为正值。必须指出，这个规定是根据ＩＳ Ｏ标注，同过去某些书上关于正负号的规定恰好 相反。
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
３. 背吃刀量 对外圆车削（图１－１） 和平面刨削（图１－２）而言，背吃刀量等于已 加工表面与待加工表面间的垂直距离；其中外圆 车削的背吃刀量：
总之，任何切削加工方法都必须有一个主运 动，可以有一个或几个进给运动。主运动和进给 运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具 单独完成（例如在钻床上钻孔或铰孔）。
二 工件上的加工表面
在切削过程中，通常工件上存在三个表面， 以图１－１的外圆车削和图１－２的平面刨削为 例，它们是：
１．待加工表面 它是工件上即将被切去的
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
（一）刀具在正交平面参考系中的标注角度
刀具标注角度的内容包括两个方面：一是确
定刀具上刀刃位置的角度；二是确定前刀面与后 面位置的角度。以外圆车刀为例（图１－９）， 确定车刀主切削刃位置的角度有二：
主偏角 它是在基面上，主切切削忍与 基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最低的点时， 为负值；反之，当刀尖在主切削刃上为最高的点 时， 为正值。必须指出，这个规定是根据ＩＳ Ｏ标注，同过去某些书上关于正负号的规定恰好 相反。
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
第2章 金属切削过程的物理现象
4．崩碎切屑
切削脆性材料(如灰铸铁)时，由于材料的塑性很小，抗
拉强度较低刀具切入后，切削层内靠近切削刃和前面的 局部金属，几乎不经过塑性变形就被挤裂，或在拉应力 状态下脆断，形成大小不等、形状各异的碎块状切屑。
2.2.2 切屑与前刀面的摩擦和积屑瘤
1．切屑与前刀面的摩擦
切屑与前刀面间的这种摩擦与一般金属接触面间的摩擦 不同。如图2-5所示，切屑与前刀面接触去分为粘结区 和滑动区两部分。
1．带状切屑
这是一种最常见的切屑形状。当切屑内剪应力小于材 料的强度极限时，剪切滑移变形较小，切屑连绵不断，
没有裂纹，就形成了带状切屑
2．节状切屑
当切屑内剪应力在局部地方达到了材料的破裂极限，
会形成节状切屑。
2.2.1 切屑的种类
3．粒状切屑
当切屑内部剪应力超过了材料的破裂强度，切屑将沿
剪切面完全断开，形成粒状切屑。
图2-1 金属切削的三个变形区域
图2-2 第一变形区金属的滑移
2.1.2切削层的变形
1．第一变形区（剪切变形区）
如图2-2所示从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒
的剪切滑移基本完成，这个区域叫第一变形区。
2．第二变形区（挤压变形区）
当切屑从刀具的前倾面排出时，受刀具前面的推挤和摩 擦，必将发生进一步变形，这就是第二变形区的变形。 这一变形主要集中在切屑底面一薄层金属里，使靠近刀 具前倾面的金属纤维基本上与前倾面平行，离刀具前面 愈远，影响愈小。
由于进给功率相对切削功率Pc很小（＜1％～2％），可 忽略不计。所以，工作功率P，可以用切削功率Pc近似 代替。 在计算机床电机功率Pm 时，还应考虑机床的传动效率 ηm(一般取0.75～0.85),则：
金属切削中的物理现象
10
2. 切削力
切削力的来源： 切削力的来源： 被切削材料的弹性、 被切削材料的弹性、塑性变形抗力 刀具与切屑、 刀具与切屑、工件表面之间的摩擦力
11
切削力的分解
1）主切削力Fz （切向力） ）主切削力 切向力） 2）切深抗力 y （径向力） 径向力） ）切深抗力F 3）进给抗力 x （轴向力） 轴向力） ）进给抗力F
mV 工件
刀具
金属丝
小孔
30
热电偶
4. 刀具磨损及耐用度
刀具失效： 刀具失效：磨损和破损
刀具的磨损形态
31
塑性材料的前刀面磨损：月牙洼深度 塑性材料的前刀面磨损：月牙洼深度KT
32
原因： 原因： •前刀面上过高的切 前刀面上过高的切 削温度引起扩散磨损 改进方法： 改进方法： •降低切削速度 降低切削速度 •减小走刀 减小走刀 •采用正前角刀片， 采用正前角刀片， 采用正前角刀片 更耐磨的刀片材质或 涂层 •避免积屑瘤 避免积屑瘤
经验公式
x Fz f y Fz Fz = C Fz a p
切削力的测定： 切削力的测定： 1、测定机床功率，计算切削力 、测定机床功率， 2、用测力仪测量切削力 、
v
n Fz
K Fz
20
3. 切削热和切削温度
切削力做功转化为切削热： 切削力做功转化为切削热：
切屑
刀具
工件
切削热的来源与传出
21
影响热传导的因素： 影响热传导的因素：导热系数和加工方法 加工方法 车削 铣削 钻、镗削 磨削 切屑 50~86% 70% 30% 4% 工件 3~9% <30% >50% >80% 刀具 10~40% 5% 15% 12%
§ 2.5 切削热和切削温度
机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
■ 切削液的影响 ● 作用 冷却、润滑、清洗、防锈。 ● 种类 水基切削液、乳化液、油类切削液 从导热性来看，水基切削液最好，乳化液次之，油类切削液最差。 ● 影响 粗加工——主要要求冷却，一般选水或低浓度的乳化液； 一般钢材——选乳化液或硫化切削油； 有色金属——不宜采用含硫化油的切削液，以免腐蚀； 脆性材料（铸铁、青铜、黄铜）——不用切削液； 低速精加工——采用煤油；
机械工程学院
机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
4. 切削温度对工件、刀具及切削过程的影响 ■ 对工件材料强度和切削力的影响 ● 一般情况下影响不大 ● 加热切削（500~800℃）——可降低切削力，是切削难加工材料的途径之一 ■ 对刀具材料的影响 ● 适当提高切削温度有利于提高硬质合金的韧性，从而提高了抗冲击强度而不 易崩刀，但磨损强度降低 ● 各类刀具材料在切削各种材料时都有最佳切削温度范围 ■ 对工件尺寸精度的影响 ● 直径的热胀冷缩 ● 刀杆（刀架）的热变形 ● 工件受热因约束而弯曲变形
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
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
■ 红外测温 利用红外辐射原理， 借助热敏感元件，测量切 削区温度。可测量切削区 侧面温度场。
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
机械制造技术PPT课件第二章金属切削基本原理
工艺系统刚性差—大主偏角
合理副偏角值的选择
添加标题
一般较小
添加标题
—5°~10°
添加标题
精加工
添加标题
—小，0°
添加标题
加工高强高硬材料或断续切削
添加标题
—小，4°～6°
添加标题
切断刀、锯片、槽铣刀
添加标题
—小，1°～2°
过渡刃的型式
①直线刃
—粗车、强力车 κrε=κr/2
②圆弧刃
—粗糙度值小
冷却作用 清洗与防锈作用
常用切削液及其选用 =乳化油+水 切削油 = 矿物油、+动植物油 极压切削油 =切削油+硫、氯和磷极压添加剂 难加工材料的精加工
=水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂 磨削、粗加工
①水溶液
01
车削、钻削、攻螺纹 滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工
②乳化液
02
刀具磨损与刀具耐用度
4
磨屑形态
带状切屑
直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃
刀具合理几何参数选择应考虑的因素
—化学成分、制造方法、热处理状态 性能，表层情况等
①工件材料
壹
—化学成分、性能，刀具结构形式
②刀具材料及结构
—机床、夹具，系统刚性，功率 切削用量和切削液
③加工条件
叁
贰
各参数间的联系 —综合考虑相互作用与影响
刀具角度的选择
大后角→减小摩擦、提高寿命、改善表面质量 强度降低、散热差、磨损加快
后角的选择原则
工艺系统刚性 刚性差—振动 → 小后角 精度要求高 —重磨 → 小后角
切削层厚度hD小 → 大后角 切削层厚度hD大 → 小后角
强度、硬度高 → 小后角 塑性大 → 大后角
合理副偏角值的选择
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一般较小
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—5°~10°
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精加工
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—小，0°
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加工高强高硬材料或断续切削
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—小，4°～6°
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切断刀、锯片、槽铣刀
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—小，1°～2°
过渡刃的型式
①直线刃
—粗车、强力车 κrε=κr/2
②圆弧刃
—粗糙度值小
冷却作用 清洗与防锈作用
常用切削液及其选用 =乳化油+水 切削油 = 矿物油、+动植物油 极压切削油 =切削油+硫、氯和磷极压添加剂 难加工材料的精加工
=水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂 磨削、粗加工
①水溶液
01
车削、钻削、攻螺纹 滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工
②乳化液
02
刀具磨损与刀具耐用度
4
磨屑形态
带状切屑
直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃
刀具合理几何参数选择应考虑的因素
—化学成分、制造方法、热处理状态 性能，表层情况等
①工件材料
壹
—化学成分、性能，刀具结构形式
②刀具材料及结构
—机床、夹具，系统刚性，功率 切削用量和切削液
③加工条件
叁
贰
各参数间的联系 —综合考虑相互作用与影响
刀具角度的选择
大后角→减小摩擦、提高寿命、改善表面质量 强度降低、散热差、磨损加快
后角的选择原则
工艺系统刚性 刚性差—振动 → 小后角 精度要求高 —重磨 → 小后角
切削层厚度hD小 → 大后角 切削层厚度hD大 → 小后角
强度、硬度高 → 小后角 塑性大 → 大后角
切削力和切削温度
一、切削力
• 1、总切削力的概念： • 切削过程中，为了克服工件被切削层材
料对切削的抵抗，刀具必须对工件施加力 的作用。 • 一个切削部分总切削力：刀具的一个切削 部分在切削工件时所产生的全部切削力。 • 总切削力：所有参与切削的各切削部分所 产生的总切削力的合力。
• 2、总切削力的分解：
• ⑴ 切削力Fc:总切削力 F在主运动方向上的正 投影。
• ⑶ 刀具角度：1）前角增大，总切削抗力减小。2） 后角增大，总切削抗力减小。3）主偏角对切削抗 力Fc′影响较小，但对背向抗力Fp′和进给抗力Ff′ 的比例影响明显。
• ⑷ 切削液的选用：合理选用切削液，可以减小工 件材料的变形抗力和摩擦阻力，使总切削抗力减 小。
二、切削温度
• 1、切削热与切削温度
• 进给抗力Ff′
• 分别与切削力Fc、背向力 Fp、进给力Ff大小相等、 方向相反。
• 4、影响切总削抗力的因素
• ⑴ 工件材料：工件材料的强度、硬度越高，韧性 和塑性越好，越难切削，总切削抗力越大。
• ⑵ 切削用量：背吃刀量ap和进给量f增大时，切 削横截面积也增大，切屑粗壮，切下金属增多， 总切削抗力增大。
• 切削热：切削过程中，由于被切削材料
•Байду номын сангаас
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。
• 切削热的传导：由切屑带走70%-80%热量
•
传入刀具15%-20%热量
•
传入工件5%-10%热量
• 2、减少切削热和降低切削温度的工艺措施：
• ⑴ 合理选择刀具材料和刀具几何角度。 • ⑵ 合理选择切削用量。 • ⑶ 适当选择和使用切削液。
• 1、总切削力的概念： • 切削过程中，为了克服工件被切削层材
料对切削的抵抗，刀具必须对工件施加力 的作用。 • 一个切削部分总切削力：刀具的一个切削 部分在切削工件时所产生的全部切削力。 • 总切削力：所有参与切削的各切削部分所 产生的总切削力的合力。
• 2、总切削力的分解：
• ⑴ 切削力Fc:总切削力 F在主运动方向上的正 投影。
• ⑶ 刀具角度：1）前角增大，总切削抗力减小。2） 后角增大，总切削抗力减小。3）主偏角对切削抗 力Fc′影响较小，但对背向抗力Fp′和进给抗力Ff′ 的比例影响明显。
• ⑷ 切削液的选用：合理选用切削液，可以减小工 件材料的变形抗力和摩擦阻力，使总切削抗力减 小。
二、切削温度
• 1、切削热与切削温度
• 进给抗力Ff′
• 分别与切削力Fc、背向力 Fp、进给力Ff大小相等、 方向相反。
• 4、影响切总削抗力的因素
• ⑴ 工件材料：工件材料的强度、硬度越高，韧性 和塑性越好，越难切削，总切削抗力越大。
• ⑵ 切削用量：背吃刀量ap和进给量f增大时，切 削横截面积也增大，切屑粗壮，切下金属增多， 总切削抗力增大。
• 切削热：切削过程中，由于被切削材料
•Байду номын сангаас
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。
• 切削热的传导：由切屑带走70%-80%热量
•
传入刀具15%-20%热量
•
传入工件5%-10%热量
• 2、减少切削热和降低切削温度的工艺措施：
• ⑴ 合理选择刀具材料和刀具几何角度。 • ⑵ 合理选择切削用量。 • ⑶ 适当选择和使用切削液。
2.4 切削力、切削热和切削温度
（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
2.4 切削力
切削力的来源：
被切削材料的弹性、塑性变 形抗力 刀具与切屑、工件表 面之间的摩擦力
一、切削力的分解
将切削合力F分解为三个互相垂直的分力Fc 、Ff 、Fp Fc — 主切削力，与切削速度方向一致
Ff — 进给力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力
Fp— 背向力(切深抗力)，与进给方向垂直，又称径向力
F
F c2 F f 2 F p2
二、切削力与切削功率的计算
（一）用指数经验公式计算切削力
式中KFc、 KFf、 KFp
为切削条件修正系数，
xFc、 yFc、 zFc等为指 数，均可在切削用量 手册中查到。
（二）用单位切削力计算切削力
单位切削力 p=Fc/A= Fc/(ap f) = Fc/(h*b) ∴ 可查手册
三、影响切削力的因素
（一）工件材料的影响（系数CF 或单位切削力p体现）
工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。
（二）切削用量的影响
ap↑→A 成正比↑， p不变， ap的 指数约等于1，因而
切削力成正比增加
f↑→A 成正比↑，但 p 略减小， f 的 指数小于1，因而 切削力增加但与f 不成正比 速度v 对F 的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况 在无积屑瘤阶段， v ↑→变形程度↓→切削力减小
切铸铁bγ 1/ lf ≥3时，
切削力趋于稳定，接 近于负前角的状态。
5.刀尖圆弧半径rε的影响
rε 增大相当于κ r减小的影响
（1）rε 对Fc影响很小 rε 增大而减小
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。
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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金属切削原理 Principle of Metal Cutting
第四章 切削热和切削温度
主要内容
切削热的产生 切削热的影响因素 切削热的测量 切削热的经验公式
§4-1 切削热的来源及其传出
一. 切削热的产生
变形功
刀具
变形功和 摩擦功
变形功和 摩擦功
切削热的组成
Q=Qp+Qf
切削温度与切削热的区别：
切削热仅与热量的产生有关，而 与热量的传出无关
切削温度不仅与热量的产生有关， 而且与热量的传出有关。与切削 热的大小及其传出快慢有关。
一. 影响切削温度的因素
切削用量 刀具几何参数 刀具磨损 工件材料 切削液
1. 切削速度的影响
W=(Fz×V/60) θ 切屑流速加快，摩擦加剧 ξ，故不正比增加 θ= C θ v×Vx
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
ap(mm)
θ (℃) lgθ
1
718 2.856
V=Vo=50
2 755 2.878
f=fo=0.2
3 787 2.896
4 804 2.905
(5) 求出斜率和截距
θ －v
θ －f θ －ap
斜率 0.393 0.194 0.082
截距 157 1044 718
(6)写出三直线方程
lg lg Cv x lg v lg157 0.393 lg v
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
0.082 p
C 2 50 0.393 f 0.194 20.082 1044 f 0.194
C 2 1044 500.393 20.082 211 .8
(9) 求系数Cθ3
f=fo=0.2， v=vo=50时
C 3 v0.393
f
a 0.194
Qp变形功 Qf摩擦功
Q=Fz×V/60(J/s)
二. 切削热的传出
Q t刀具
Qc切屑
Q切削热Q w工件Q 介质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
1. 测温原理
两种不同的导体（半导 体）在其热端和冷端之 间由于电子的能量不同 而形成一个热电势，记 录电热势的数值，通过 事先标定的热电势标定 曲线，折算出温度。
热端θ
冷端θ0
冷端θ0
mv
中间导体定律当中间有第三金属的时候，只要金属 两端温度相等，不影响整个回路的电动势
均匀导体定律两导线材料相同，不产生电动势
变形 工件材料：强度，导热系数 θ 切削液：热容和导热性 θ
二. 温度经验公式的建立 1. 确定试验条件
校准测力仪，固定工件材料(TC4)、 刀具材料、刀具几何参数等实验 条件
(2) 固定f ,ap ，测量V与θ关系
固 (V定=4f0=,f5o=0,06.20，, 70a)p，=a测po=出2改并变记V录不同 V 对应的切削温度θ ，在双对数坐 标图上绘出lgθ =f(V)关系图
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
f
a 0.194 0.082 p
C1 v0.393 0.20.194 20.082
157 v0.393
C1 157 0.20.194 20.082 202 .9
(8) 求系数Cθ2
v=vo=50， ap=apo=2时
C 2 v0.393
f
a 0.194
喷雾冷却 内压 加压
三. 切屑、工件和刀具上的温度分布
θ θ θ > >
前刀面
切屑
工件
•切屑底部θ 高；离底线越 远θ 越低
•前刀面上离 切削刃一定距 离A处温度最 高
•工件上最高温度 在刀尖与工件接 触附近，
A
•后刀面温度一 般比前刀面低
工件材料性质与切削温度的分布
§4-2 影响切削温度的主要因素
θ不明显 θ= Cθap×apZ
综上所述
影响程度V>f>ap 从θ看，选大的ap和f比大的V有利
4. 切削温度经验公式
θ= CθVx×fy×apZ Cθ:系数，取决于工件材料 x,y,z:指数，反应该因素对θ的影响程度，
x>y>z
5.其他因素对θ的影响
刀具几何参数：γθ;κγ θ 刀具磨损：磨损 变形 磨损
208.7
(11) 得经验公式
208.7v0.393 f 0.194 ap0.082
§4-3切削热的测量
自然热电偶法 人工热电偶法 红外测温法
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。
lg lg C f y lg f lg1044 0.194 lg f
lg lg Cap z lg ap lg 718 0.082lg ap
C
v0.393
f
0.194
a
0.082 p
(7) 求系数Cθ1
f=fo=0.2， ap=apo=2时
C1 v0.393
f(mm) θ (℃)
lgθ
V=Vo=50 ap = apo= 2
0.2
0.3
0.4
0.1
758
856
882
654
2.816 2.88 2.932 2.945
(4) 固定V, f, 测量 ap与θ关系
固定V=Vo=50，f=fo=0.2,改变ap(ap =1,2,3,4)， 测出并记录不同ap对应的切削温度θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(ap)关系图
v(m/min) θ (℃ )
lgθ
f = fo= 0.2 ap=apo=2
40
50
60
695
758
815
2.842
2.88
2.91
70 863 2.936
(3)固定V,ap, 测量f 与θ关系
固定V=Vo=50， ap = apo =2,改变f(f=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)，测出并记录不同f对应的切削稳定θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(f)关系图
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
以热量的增加没有f增加快 f ac 切屑的热容 由切屑带走的热
量 切削温度较慢 θ=Cθf×fy
3. 切削深度的影响
随着ap增加，θ增加不明显 ap F 产生热量正比增加 ap 切削刃工作长度，改善了散热条件
影响切削热传出的因素
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 aw散热面积正比增大 ac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
影响切削热传出的因素
4. 周围介质的状况 性能良好的冷却液 良好的冷却方式
2. 组成
热电势的计算
EABC=eAB(θ)±eBC (θ0) ±eAC(θ1)
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； 不能最高温度位置 不能测非导体，不能测量温度分布
第四章 切削热和切削温度
主要内容
切削热的产生 切削热的影响因素 切削热的测量 切削热的经验公式
§4-1 切削热的来源及其传出
一. 切削热的产生
变形功
刀具
变形功和 摩擦功
变形功和 摩擦功
切削热的组成
Q=Qp+Qf
切削温度与切削热的区别：
切削热仅与热量的产生有关，而 与热量的传出无关
切削温度不仅与热量的产生有关， 而且与热量的传出有关。与切削 热的大小及其传出快慢有关。
一. 影响切削温度的因素
切削用量 刀具几何参数 刀具磨损 工件材料 切削液
1. 切削速度的影响
W=(Fz×V/60) θ 切屑流速加快，摩擦加剧 ξ，故不正比增加 θ= C θ v×Vx
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
ap(mm)
θ (℃) lgθ
1
718 2.856
V=Vo=50
2 755 2.878
f=fo=0.2
3 787 2.896
4 804 2.905
(5) 求出斜率和截距
θ －v
θ －f θ －ap
斜率 0.393 0.194 0.082
截距 157 1044 718
(6)写出三直线方程
lg lg Cv x lg v lg157 0.393 lg v
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
0.082 p
C 2 50 0.393 f 0.194 20.082 1044 f 0.194
C 2 1044 500.393 20.082 211 .8
(9) 求系数Cθ3
f=fo=0.2， v=vo=50时
C 3 v0.393
f
a 0.194
Qp变形功 Qf摩擦功
Q=Fz×V/60(J/s)
二. 切削热的传出
Q t刀具
Qc切屑
Q切削热Q w工件Q 介质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
1. 测温原理
两种不同的导体（半导 体）在其热端和冷端之 间由于电子的能量不同 而形成一个热电势，记 录电热势的数值，通过 事先标定的热电势标定 曲线，折算出温度。
热端θ
冷端θ0
冷端θ0
mv
中间导体定律当中间有第三金属的时候，只要金属 两端温度相等，不影响整个回路的电动势
均匀导体定律两导线材料相同，不产生电动势
变形 工件材料：强度，导热系数 θ 切削液：热容和导热性 θ
二. 温度经验公式的建立 1. 确定试验条件
校准测力仪，固定工件材料(TC4)、 刀具材料、刀具几何参数等实验 条件
(2) 固定f ,ap ，测量V与θ关系
固 (V定=4f0=,f5o=0,06.20，, 70a)p，=a测po=出2改并变记V录不同 V 对应的切削温度θ ，在双对数坐 标图上绘出lgθ =f(V)关系图
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
f
a 0.194 0.082 p
C1 v0.393 0.20.194 20.082
157 v0.393
C1 157 0.20.194 20.082 202 .9
(8) 求系数Cθ2
v=vo=50， ap=apo=2时
C 2 v0.393
f
a 0.194
喷雾冷却 内压 加压
三. 切屑、工件和刀具上的温度分布
θ θ θ > >
前刀面
切屑
工件
•切屑底部θ 高；离底线越 远θ 越低
•前刀面上离 切削刃一定距 离A处温度最 高
•工件上最高温度 在刀尖与工件接 触附近，
A
•后刀面温度一 般比前刀面低
工件材料性质与切削温度的分布
§4-2 影响切削温度的主要因素
θ不明显 θ= Cθap×apZ
综上所述
影响程度V>f>ap 从θ看，选大的ap和f比大的V有利
4. 切削温度经验公式
θ= CθVx×fy×apZ Cθ:系数，取决于工件材料 x,y,z:指数，反应该因素对θ的影响程度，
x>y>z
5.其他因素对θ的影响
刀具几何参数：γθ;κγ θ 刀具磨损：磨损 变形 磨损
208.7
(11) 得经验公式
208.7v0.393 f 0.194 ap0.082
§4-3切削热的测量
自然热电偶法 人工热电偶法 红外测温法
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。
lg lg C f y lg f lg1044 0.194 lg f
lg lg Cap z lg ap lg 718 0.082lg ap
C
v0.393
f
0.194
a
0.082 p
(7) 求系数Cθ1
f=fo=0.2， ap=apo=2时
C1 v0.393
f(mm) θ (℃)
lgθ
V=Vo=50 ap = apo= 2
0.2
0.3
0.4
0.1
758
856
882
654
2.816 2.88 2.932 2.945
(4) 固定V, f, 测量 ap与θ关系
固定V=Vo=50，f=fo=0.2,改变ap(ap =1,2,3,4)， 测出并记录不同ap对应的切削温度θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(ap)关系图
v(m/min) θ (℃ )
lgθ
f = fo= 0.2 ap=apo=2
40
50
60
695
758
815
2.842
2.88
2.91
70 863 2.936
(3)固定V,ap, 测量f 与θ关系
固定V=Vo=50， ap = apo =2,改变f(f=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)，测出并记录不同f对应的切削稳定θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(f)关系图
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
以热量的增加没有f增加快 f ac 切屑的热容 由切屑带走的热
量 切削温度较慢 θ=Cθf×fy
3. 切削深度的影响
随着ap增加，θ增加不明显 ap F 产生热量正比增加 ap 切削刃工作长度，改善了散热条件
影响切削热传出的因素
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 aw散热面积正比增大 ac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
影响切削热传出的因素
4. 周围介质的状况 性能良好的冷却液 良好的冷却方式
2. 组成
热电势的计算
EABC=eAB(θ)±eBC (θ0) ±eAC(θ1)
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； 不能最高温度位置 不能测非导体，不能测量温度分布