切削热的产生与传导
第5章 切削热与切削温度
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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机械制造技术基础 第二章 第五节 切削热及切削温度
四、切削温度对切削过程的影响
1、切削温度对工件材料被切削性能的影响 切削温度较高，切削区工件材料的强度会降低；同时切削速度较高时（即
切削温度较高），应变速率增大，又会使切削区工件材料的强度增大。最终的 影响结果取决这正反两方面的主、次地位。 通常，切削温度较高，切削区工件材料的强度会降低，材料的被切削性能 好，表现为切削力有下降趋势。 2 、对刀具材料的影响 适当提高切削温度，可提高刀具材料的强度、韧性。所以，硬度高，但强 度、韧性差的刀具材料易采用较高切削速度，这样不易崩刃（如：陶瓷、金刚 石、 立方氮化硼）。 3、 对工件尺寸精度的影响 工件、刀杆受热膨胀，使切削加工后零件尺寸精度及形状精度降低，精 加工时必须注意。 4、利用切削温度自动控制切削速度或进給量。 5、也可同时用切削温度与切削力作为控制型号，控制刀具磨损。
第Ⅰ变形区——切屑的弹、塑性变形功，产生的热为qs。 第Ⅱ变形区——切屑与前刀面的摩擦功，产生的热为qr 。 第Ⅲ变形区——刀具后刀面与工件的摩擦功。 2、切削热的传导 ⑴ 切削热的传导 切削塑性金属，为研究问题方便，忽略后刀面与工件摩擦产生的热，则切削热分别由刀具(qτ）、 切屑（qc）、工件（qw）及周围介质传出（比例较小忽略），具体比例如下： qc=R1. qs+R2.qr qτ=（1-R2) qr qw=（1-R1) qc 其中 ：R1—剪切热传入切屑的比例 ；R2 —摩擦热传入切屑的热 。 ⑵ 影响热传导的的主要因素： ① 工件材料的导热系数↑ qc ↑、 qw ↑，则切削区的温度θ↓ ② 刀具材料导热系数↑ qτ ↑，则切削区的温度θ↓ ③ 刀、屑接触时间 ↑ 则切削区的温度θ ↑ ⑶ 影响 R1、R2大小的因素 ① R1:通常V ↑、ac ↑ R1 ↑
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
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
切削热与切削温度技术
三 、影响切削温度的主要因素
（ 1）切削用量的影响
高速钢刀具 硬质合金刀具
三 、影响切削温度的主要因素
（ 1）切削用量的影响
切削用量三要素对切削温度的影响vc＞f
它们对切削力的影响程度正好相反 。在控制切削温度 的前提下提高加工效率 , 应在机床允许的条件下 , 选 用比较大的背吃刀量 ap 和进给量f, 这比选用大的切
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 切削温度仅提高10%
善了散热条件 。 因
此 , f提高一倍,
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
问题: 看图说明前角和主偏角对T的影响
五 、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
二 、温度分布（温度场）
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%。
三 、影响切削温度的主要因素
机械制造技术课后习题及答案
机械制造技术习题第一章金属切削加工的基本知识1-1，切削加工由哪些运动组成？它们各有什么作用？析：切削加工由主运动和进给运动组成。
主运动是直接切除工件上的切削层，使之转变为切削，从而形成工件新包表面。
进给运动是不断的把切削层投入切削，以逐渐切除整个工件表面的运动。
1-2，何为切削用量?简述切削用量的选择原则。
析：切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。
与某一工序的切削用量有密切关系的刀具寿命，一般分为该工序单件成本最低的经济寿命和最大生产率寿命两类。
原则：一般是提高刀具耐用度的原则，并且保证加工质量。
粗加工时，大的切削深度、进给，低的切削速度；精加工时，高的切削速度，小的切削深度、进给。
1-3,常见的切削类型有几种？其形成条件及加工的影响是什么？析：切削加工就是指用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。
楼主想要了解的是不是切削加工的分类金属材料的切削加工有许多分类方法。
常见的有以下3种。
按工艺特征区分切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构以及切削工具与工件的相对运动形式。
按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。
按切除率和精度分可分为：①粗加工：用大的切削深度，经一次或少数几次走刀从工件上切去大部分或全部加工余量，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工加工效率高而加工精度较低，一般用作预先加工，有时也可作最终加工。
②半精加工：一般作为粗加工与精加工之间的中间工序，但对工件上精度和表面粗糙度要求不高的部位，也可以作为最终加工。
③精加工：用精细切削的方式使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等。
精加工一般是最终加工。
④精整加工：在精加工后进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。
切削热
切削过程中切削热的影响及分析摘要切削金属时，由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。
使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出，其中切屑带走的热量最大，传向刀具的热量虽小，但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。
关键词：切削热;切削温度;测量方法;热量分布；影响因素目录1切削热的产生 (1)2切削热的测量 (2)2.1.热电偶法 (2)2.2自然热电偶法 (5)2.3人工热电偶法 (5)2.4半人工热电偶法 (5)2.5等效热电偶法 (6)2.6.切屑颜色与切削温度的关系 (6)2.7光热辐射法 (7)2.8其他因素 (8)3切削热的影响因素 (8)3.1、切削用量的影响 (8)3.2、刀具几何参数的影响 (9)3.3、刀具磨损的影响 (11)3.4、切削液的影响 (11)3.5工件材料 (11)3.6其他因素 (11)4切削热的分布 (12)5对工件的影响 (13)6 解决措施 (13)7 切削热的利用 (14)结论 (17)致谢 (18)参考文献 (19)1切削热的产生切削热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。
此外，切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦也要耗功，也产生出大量的热量。
因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区，如图示，三个发热区与三个变形区相对应。
所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。
切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。
切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生的热量百分比增高。
切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。
切削热来源于三个变形区切屑变形功刀具切屑间摩擦功刀具工件间摩擦功切削热产生比例Q=Qs+Qγ+Qα 根据切削条件：切塑性金属时切屑为带状切屑，塑性变形和前刀面的摩擦比较厉害，切屑为带状切屑，塑性变形和前刀面的摩擦比较厉害， Qs+QX占主导切脆性金属时切屑为崩碎切屑，后刀面摩擦占百分比↑，所以Q 切屑为崩碎切屑，后刀面摩擦占百分比↑，所以Qα占主导速度较高时切屑的变形↓，塑性变形产生的热百分比↓ 摩擦热占切屑的变形↓，塑性变形产生的热百分比↓，摩擦热占百分比↑ 百分比↑ ，Qγ+Qα占主导速度较低时切屑的变形↑ 塑性变形Q 切屑的变形↑，塑性变形Qs占主导2切削热的测量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，切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。
金属切削过程中的切削热及切削温度的影响因素研究
金属切削过程中的切削热及切削温度的影响因素研究在金属的切削加工中，由于被切削金属层的挤压变形和刀具与工件间的摩擦会产生大量的切削热，从而使刀头的切削温度迅速上升，进而使刀具磨损加快，并会影响到工件的加工质量。
针对这一问题，本文对切削加工中切削热的产生与传散及影响切削温度的因素做了研究。
标签：金属切削；切削热；切削温度一、切削热的产生与传散（一）切削热的产生我们知道，金属的切削过程，其实质就是被切削金属层受到刀具前刀面的挤压作用而产生塑性变形，进而产生剪切滑移，然后从母体分离转变为切屑的变形过程。
如图1所示，在上述的金属切削过程中会产生三个变形区，而切削热就来源于这三个变形区。
在第Ⅰ变形区，由切削层金属的弹性变形和塑性变形而产生的热，传散到切屑与工件上，这是主要的热源；在第Ⅱ变形区，由切屑与刀具前面摩擦所产生的热传散到切屑与刀具上；在第Ⅲ变形区，由工件与刀具后面摩擦而产生的热传散到工件和刀具上。
（二）切削热的传散切削热主要通过切屑、工件、刀具以及周围的介质传散。
传入切屑和介质的切削热越多，对加工越有利。
传入刀具的热量虽不多，但因刀头体积小，所以温度高，高速切削时刀头上的温度最高处可达1000℃以上，刀头温度过高，将加快刀具磨损。
传入工件的热会引起工件的热变形，影响尺寸和形状精度。
特别是加工薄壁零件、细长零件和精密零件时，热变形的影响更大。
影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热能力以及周圍介质的状况。
一般情况下，切削热大部分由切屑带走和传入工件，以保证刀具的正常切削。
各部分传热的比例取决于具体的切削条件。
例如，不使用切削液，以中等切削速度车削钢料外圆时，切削热的50%～86%由切屑带走，10%～40%传入工件，3%～9%传入车刀，1%左右传入空气。
和上述条件一样，钻削钢料时，散热条件差，切削热的28%左右由切屑带走，约15%传入工件，约52%传入钻头，5%左右传入周围介质。
二、切削温度及影响切削温度的因素（一）工件材料材料的强度、硬度越高，切削时消耗的功率就多，产生的切削热也多，温度就越高。
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。
第五章切削热和切削温度
工件材料预热至500—800℃经常达到800～900℃，切削力下降却不多。 这也间接证明，切削温度对剪切区域内工 件 材料强度影响不大。
5. 利用切削温度自动控制切削速度或进给量
利用切削温度来控制机床的转速，保持切削温度在最佳 范围内，以提高生产率及工件表面质量。
切削热的传导
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。
切削热的来源就是切屑变形热 Q 变 和前、后刀面的摩擦热 Q 摩
其产生与传出的关系为：
Q Q 变 Q 摩 Q 屑 Q 刀 Q 工 Q 介
由于后刀面上的摩擦通常远远小于前刀面上 的摩擦，同时进给运动所作的功也远远小于 主运动所作的功。因此，为了简化问题便于 分析，我们忽略后刀面上的摩擦功和进给运 动所作的功，并假定主运动所作的功全部转 化成了热量，则可以得到单位时间内产生的 切削热的公式：
Pm Fzv
式中：Pm——每秒钟产生的切削热，J/s； Fz——切削力，N； v——切削速度，m/s。
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
高，超过了刀具的热硬性极限温度时，刀具的硬度 就会明显下降，产生剧烈的磨损，从而失去切削能 力，使切削工作无法完成。 • 当切削温度超过一定限度后，刀具材料的硬度会显 著下降，因而失去切削性能，刀具很快磨钝不能使 用。 • 高速钢刀具材料的耐热性为600℃左右，超过该温 度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温 800～1000℃时，强度反而更高，韧性更好。因此 适当提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，延 长刀具寿命。
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3章 切削过程的基本规律
⑶工件材料影响 工件材料是通过强度、硬度和导热 系数等性能不同对切削温度产生影响的。 ⑷其它因素的影响 磨损、干切削都会使温度升高。浇 注切削液是降低切削温度的一个有效措 施
3. 4 刀具磨损与刀具耐用度
一、刀具磨损形式
刀具磨损形式为正常磨损和非正常磨损两大类。 ⑴正常磨损
正常磨损是指在刀具设计与使用合理、制 造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削 过程中逐渐产生的磨损。
⑵切削速度
切削速度vc是通过(a)积屑瘤使剪切角φ改变; (b)切削 温度使磨擦系数μ变化,而影响切屑变形的。如图2.11以 中碳钢为例。
⑶进给量
进给量对切屑变形的影响规律如图2.12所示，即f ↗使Λh ↘； 这是由于f ↗后，使切削厚度↗，正压力和平均正应 力↗ ，磨擦系数↘ ，剪切角↗所致。
性变形就产生脆性崩裂，切屑呈不规则的细粒状。
三、切屑变形程度的表示方法 (1)剪切角φ vc
剪切面AB 与切削速度vc 之间的夹角。 V↗，φ↗， A剪切 ↘， （切削省力） F↘。
B
φ
A
大小确定： 获得切屑根部 照片，度量得 出。
(2)相对滑 移ε
B”
B’
ε=Δs/Δy=
ctgφ+tg(φ-γo)
3. 3 切削热与切削温度
一、切削热的来源与传导 1)热源： 剪切区变形功形成的热Qp; 切屑与前刀面摩擦功形成的热Qγf; 已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf。 2)传导：传入切屑Qch(切削钢不加切削液时传入比例50%~86%)、 工件Qw(40%~10%) 、刀具Qc(9%~3%)和周围介质Qf(1%)。 3)切削热的形成及传导关系为：
(二)、磨损过程和磨钝标准
▼ 磨损过程如图 3-26所示，图中大致分三个阶 段。 • 初期磨损阶段(I段)：磨损较快。是由于刀具 表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。 • 正常磨损阶段(II)： 该磨损度近似为常数。 AB呈直线。 • 急剧磨损阶段(III)：磨损急剧加速继而刀具 损坏。由于磨损严重，切削温度剧增，刀具强 度、硬度降低所致。
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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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； 二是切屑与前刀 面、工件与后刀 面间产生的摩擦 热。
切削热由切屑、工件、刀具及周围的介 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 （2）刀具材料的导热系数 （3）周围介质
y
x（ 2 22）
式中： ——刀具c 与切屑接p触平均温度（C ）；
C ——切削温度系数;
vc ——切削速度（m/min）;
f ——进给量（mm/r）;
ap ——背吃刀量（mm）;
v z y x a ,
,
——分别为的
c 、f 、 p指数。
用高速钢或硬质合金刀具切削中碳钢时， 式（2-22）中的系数和指数值参见表。
二、切削温度的测量
测量切削温度的方法很多；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，它简单、可靠、使用方便。
用热电偶法测量切削温度有自然热电 偶和人工热电偶两种方法：
自然热电偶法
人工热电偶
三、影响切削温度的主要因素
ห้องสมุดไป่ตู้
1. 切削用量对切削温度的影响
C v f a
z
2．刀具几何参数对切削温度的影响
（1）前角 对切削温度的影响 图 （2）主偏角 r对切削温度的影响 图
3．工件材料对切削温度的影响
4．刀具磨损对切削温度的影响
5．切削液对切削温度的影响
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