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
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
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. 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
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
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
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
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
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
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
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

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。
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 Βιβλιοθήκη Baiduf 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
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
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 m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