金属切削温度测量方法的研究

合集下载

第二章第三节_切削力与切削温度

1000
Fz C f f
y FZ
a2 yFz tg 2 0.84 b2
f 1处Fz 177，得： C f 177
a2
b2
Fz 177 f
1
lg Fz yFz lg f lg C f
θ
2
0.84
2、切削力经验公式
Fz 60 a p (f=0.3mm) 0.84 (ap=1mm) Fz 177 f
4 243.2
1000
Fz Ca p a p z
a1 xFz tg1 1 b1
a1
xF
a p 1处Fz 60，得： Ca p 60
b1
lg Fz xFz lg a p lg Ca p
θ
1
Fz 60 a p
2) 固定吃刀深度 ap=1mm ，仅改变进给量 f 进行实验，求进给量f对切削力的影响。假设主切削力Fz与进给量f的关系
αo
γ o
二切削热与切削温度
Cutting Heat and Cutting Temperature
切削热和由它产生的切削温度会使整个工艺系统的温度升高，一方面会引起工艺系统的变形，另一方面会加速刀具的磨损，从而影响工件的加工精度、表面质量及刀具的耐用度。
1、切削热的产生和传导
切削热的产生
（2）进给量f 随着进给量的增大，金属切除量
增多，切削热增加，使切削温度上升。但单位切削力和单位切削功率随f的增大而减小，切除单位体积金属产生的热量也减小；另外，f增大使切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增加，故切削区的温度上升得不显著。
（3）背吃刀量ap 背吃刀量ap对切削温度的影响

机械制造技术切削过程及其控制

55
1.对刀具材料的影响
三、切削温度的测定方法
自然热电偶法：利用工件和刀具材料的不同形成产生温差电动势的条件，工件～刀具热电偶事先标定，切削时根据测得的电动势的值来查出对应的温度。人工热电偶法：组成热电偶的材料事先经过标定，热电偶的热端焊在测点上，可测得测点的温度。优点：测量不同材料的切削温度只需事先一次标定，可得到测点的温度。
56
四、影响切削温度的因素
１、切削用量
切削速度进给量切削深度
２、刀具几何参数
前角主偏角负倒棱刀尖圆弧半径
３、工件材料
４、刀具磨损
５、切削液
57
1、切削用量
切削温度与切削用量的关系式为：
c a p
x
f
y
vc
z
三个影响指数 z y x ，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。
11
2.
剪切角与前刀面摩擦角的关系
＋－ 0 ＝/4 或＝ /4 －(－ 0 ) (1) 0 对切削有利 (2) 对切削有利
12
直角自由切削（1）自由切削与非自由切削只有一条直线切削刃参加切削工作，这种情况称之为自由切削。切金属的变形基本上发生在二维平面内。切削刃为曲线，或有几条切削刃（包括副切削刃）都参加了切削，金属变形更为复杂，且发生在三维空间内。（2）直角切削与斜角切削直角切削是指刀具主切削刃的刃倾角λ s=0的切削，此时，主切削刃与切削速度向量成直角，故又称它为正交切削。斜角切削是指刀具主切削刃的刃倾角λ s≠0的切削．
58
２、刀具几何参数刀尖圆弧半径
刀尖圆弧半径在0～1.5mm范围内变化基本不影响平均切削温度。因为随着刀尖圆弧半径的增大，切削区的塑性变形增大，切削热随之增多；但刀尖圆弧半径的增大又使刀具的散热条件有所改善，二者综合作用的结果使平均切削温度基本不变。

金属切削实验技术

•粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，
产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度
自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。
3）热敏电阻补偿
R5 分流电阻
+
R1＋⊿R U R3
0
T
R2 Rt
U0 URt
+
Ui
Rt
R4 U0
-
U = Ui - URt
U0
向不同，可用在多向分力的测量而避免分力的相互干扰。压电晶体传感器的测力仪性能良好，自振频率可达3-10kHz，适用于要求严格的科研试验。压电晶体测力仪用于静态力的测量时，力容易产生另点漂移。
压电晶体测力仪使用性能较好，但价格昂贵，且使用
维护要求严格，因此适合在要求较高的科研试验中使用。
电阻应变片测力传感器在测力仪中使用广泛、车、
半导体应变片受轴向力作用时, 其电阻相对变化为
d dR R (1 2 )

半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：d E
式中： π——半导体材料的压阻系数;
σ——半导体材料的所受应力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。
目前箔式应变片应用较多。
金属丝式应变片使用最早。金属丝式应变片蠕变较大，
金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格
便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。
当传感器的弹性体很薄、尺寸很小时，采用箔式应变片会由于基底材料和粘结剂的存在而对传感器特性产生不利影响，可采用薄膜式应变片。
测平均切削力，实际已经被淘汰。电容和电感测力仪虽可用于测量切削力的瞬时变化值，但由于结构限制，

金属切削原理与刀具课题13 切削温度的分布

用人工热电偶法测量刀具和工件温度
切削温度的测量方法
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射测温法
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。
(1)自然热电偶法
热电偶的热端
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
热电偶的冷端离接触区较远的工件与刀具处一般保持在室温状态
切削温度的测量方法
1、热电偶法热电偶法包括自然热电偶法和人工热电偶法。
(1)自然热电偶法
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。
1—激光管； 2—光栅； 3、4—透镜； 5—光敏元件； 6—刀片； 7—刀体
用光电传感器测量刀具与切屑接触面温度分布的示意图
切削温度的测量方法
用辐射测温法测量工件与刀具侧面的温度分布的示意图
热敏电阻传感器
优点测定区域的直径只有0.15 mm，因此，可缩小不同测定点之间的距离。
缺点只能测量刀具侧面的温度而不能测量垂直切削刃工作部位中间剖面的温度。
切削温度
切削温度是指切削区域的平均温度。切削温度的高低取决于产生热量的多少和热量传散的快慢。
切削温度
(1)切削温度计算
用实验方法得到的计算切削温度的指数公式为：
C
v z c

钻削温度测量方法研究

钻削温度测量方法研究陈雷明,杨润泽,张治军械工程学院摘要:通过对现有的切削温度在线检测方法进行综合评述,介绍了各种测温方法的原理、优缺点和应用范围,提出了钻削过程中一种新的测温方法原理和应用范围并通过试验验证可行性。

关键词:金属切削;切削温度;测量方法中图分类号:TG5 文献标志码:AResearch on Method of Drilling Temperature MeasurementChen Leiming,Yang Runze,Zhang ZhiAbstract:This paper introduces several kinds of principle,advantages and disadvantages,application fields of the methods of temperature measurement by reviewing existing online detection of cutting temperature.And a new theory and application fields of temperature measurement in drilling has been proposed and the feasibili ty has been proved by experi ments.Keywords:metal cutting;cutting temperature;measurement1 引言在机械制造加工过程中,虽然各种检测技术不断发展和完善,但在应用过程中,温度检测技术仍然占据主导地位。

这不仅仅是由于温度信号的方便提取,而且较其它方法而言,这种检测方法不易受到干扰。

所以对切削温度在线检测技术进行系统分类和研究具有重大的现实意义。

切削温度的测量方法可以分为以下几类:切削温度测量方法接触法自然热电偶法人工热电偶法半人工热电偶法非接触法光和热辐射法红外热像仪法间接法光纤测温法扫描电镜法2 切削温度测量方法2.1 接触法热电偶的原理是两种不同材料的金属焊接在一起,当参考端和测量端有温差时,就会产生热电势,根据该热电势与温度的单值关系就可以测量温度。

金属切削过程中的温度分布研究考核试卷

C.温度与磨损无关
D.温度越低，磨损越小
18.下列哪种情况下，切削温度对工件表面粗糙度的影响最大？（）
A.高速切削
B.低速切削
C.重载切削
D.轻载切削
19.金属切削过程中，切削温度对工件加工精度的影响是（）
A.温度越高，加工精度越高
B.温度越高，加工精度越低
C.温度与加工精度无关
D.温度越低，加工精度越低
A.使用冷却液
B.增大刀具前角
C.减小切削速度
D.提高机床精度
13.金属切削过程中，切削温度对工件硬度的影响是（）
A.温度越高，硬度越大
B.温度越高，硬度越小
C.温度与硬度无关
D.温度越低，硬度越大
14.下列哪种因素会影响金属切削过来自中的热裂？（）A.刀具材料
B.工件材料
C.切削速度
D.环境湿度
15.金属切削过程中，切削温度对工件残余应力的影响是（）
A.降低刀具硬度
B.减少刀具磨损
C.增加刀具寿命
D.影响刀具的切削性能
8.以下哪些因素会影响金属切削过程中的热变形？（）
A.刀具材料
B.工件材料
C.切削速度
D.环境湿度
9.为了优化金属切削过程中的温度分布，可以采取的措施有（）
A.适当提高切削速度
B.适当增大进给量
C.选择合适的刀具材料
D.使用适当的冷却液
2.描述金属切削过程中热量传递的机理，并分析影响热量传递效率的主要因素。
3.论述在金属切削过程中，如何通过调整切削参数（如切削速度、进给量、背吃刀量等）来控制切削温度，以及这些调整对加工效率和质量的影响。
4.结合实际案例，说明金属切削过程中切削温度过高或过低可能导致的加工问题，并提出相应的解决措施。

切削温度测量方法综述

［3］成了半人工热电偶法。半人工热电偶是将一根热
电敏感材料金属丝（如康铜）焊在待测温点上作为一极、以工件材料或刀具材料作为另一极而构成的热电偶。采用该方法测量切削温度的工作原理与自然热电偶法和人工热电偶法相同（见图 3）。由于半人工热电偶法测温时采用单根导线连接，不必考虑绝缘问题，因此得到了较广泛的应用。
图! 红外辐射测温示意图
律求出辐射单元表面的温度分布场及动态变化。虽然红外热像仪所测温度为相对温度，滞后于实际切削温度，但根据传热反求算法可准确求得切削过程中工件（或刀具）的温度变化规律及动态分布。红外热像仪测温法具有直观、简便、可远距离非接触监测等优点，在恶劣环境下测量物体表面温度时具有较大优越性。此外，测量切削温度的光、热辐射方法还有红外
Liu Zhangiang Huang Cuanzhen Wan Yi !" #$
Abstract：The present methods used to measure the cutting temperature are summarized. The fundamentaI principIes，merits and demerits and appIication ranges of these cutting temperature measurement methods are introduced. Keywords：metaI cutting， cutting temperature， measurement method
［9， l0］
式中
— —物体辐射单元单位面积的辐射能量 !— （W / m2） — —物体辐射单元表面辐射率（取决于物 !— 体表面性质） — —斯蒂芬—波尔兹曼常数（" = 5.76 > "— -8 2 4 l0 W / m ・ K） — —物体辐射单元的表面温度（K） "— 切削时，红外热像仪通过光机扫描机构探测工

金属切削基本原理

北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
变形程度表示式：
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
1.4 刀具前面上的摩擦特点
切屑在流经刀具的前面时，由于强烈的挤压和剧烈的摩擦，会产生高温和高压，使切屑底面与前面的接触面之间形成粘结，亦称冷焊。内摩擦区内剪切应力如图 a。
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
1.5 积屑瘤
用中、低切削速度切削塑性金属材料时，往往会因冷焊现象而在刀具前面靠近切削刃处由切屑堆积而粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其他塑性材料时，常常在刀具前面处粘着一块剖面常呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2～3倍，在处于比较稳定状态时，能够代替刀刃进行切削。
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部时间：2014.9.22
主要内容
一、切削变形与切屑的形成
二、切削力
三、切削热与切削温度
四、刀具磨损与刀具寿命五、磨削
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
1.1 金属切削层的切削变形
1.1.1 切削变形的力学本质
切削金属形成切屑的过程是一个类似于金属材料受挤压作用，产生塑性变形进而产生剪切滑移的变形过程（如图3.1 ）
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
切削变形过程示意图
刀
具
工
件
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部

第三章金属切削过程的基本规律

（2） λ s对Fp、 Ff影响较大
Fp随λ s增大而减小，
Ff随λ s增大而增大
2.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（2）Fp随 rε 增大而增大
Ff随 rε 增大而减小
3．刀具磨损
刀具的切削刃及后刀面产生磨损后，会使切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力 Fc 和 Fp 增大。
2 f
Fp FD cos r ; F f FD sin r
（3-5）
二、各分力的作用 1、切削分力的作用---切削力Fc（主切削力Fz）
它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据
Fc——切削力，单位为N； vc——切削速度，单位为m/min。 Pc——切削功率，单位为kW。
3
四、影响切削力的因素
（一）切削用量的影响
1．背吃刀量ap与进给量f
ap↑→Ac成正比↑， kc不变， ap的指数约等于1，因而
切削力成正比增加
f↑→Ac成正比↑，但 kc略减小， f 的指数小于1，因而切削力增加但与f 不成正比
(二)切削温度分布
温度分布规律 1)刀-屑接触面间摩擦大，热量不易传散，故温度值最高
2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处，在离切削刃1mm处的最高温度约900℃，因为在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃约0.3mm处的最高温度为700℃；
3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点低2～3倍。

切削量实验报告结果(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在探究切削参数（切削深度、进给量、切削速度）对切削量（切削力、切削温度、表面粗糙度）的影响，为实际生产中切削参数的优化提供理论依据。

二、实验内容与方法1. 实验设备：高速切削实验台、电主轴、刀具、测力仪、温度计、表面粗糙度仪等。

2. 实验材料：45号钢。

3. 实验参数：- 切削深度：0.5mm、1.0mm、1.5mm- 进给量：0.2mm/r、0.4mm/r、0.6mm/r- 切削速度：300m/min、400m/min、500m/min4. 实验方法：- 将45号钢材料固定在高速切削实验台上，调整切削参数。

- 使用刀具进行切削实验，记录切削力、切削温度、表面粗糙度等数据。

- 对比不同切削参数下切削量的变化规律。

三、实验结果与分析1. 切削力：实验结果表明，切削力随切削深度、进给量的增加而增大，随切削速度的增加而减小。

在相同切削参数下，切削深度对切削力的影响最为显著。

2. 切削温度：实验结果表明，切削温度随切削深度、进给量的增加而升高，随切削速度的增加而降低。

在相同切削参数下，切削深度对切削温度的影响最为显著。

3. 表面粗糙度：实验结果表明，表面粗糙度随切削深度、进给量的增加而增大，随切削速度的增加而减小。

在相同切削参数下，切削速度对表面粗糙度的影响最为显著。

四、结论1. 切削力、切削温度、表面粗糙度均受到切削参数的影响，其中切削深度的影响最为显著。

2. 在实际生产中，应根据工件材料、加工要求等因素，合理选择切削参数，以获得最佳的切削效果。

3. 高速切削技术具有切削速度高、切削力小、切削温度低等优点，有利于提高加工效率、降低生产成本。

五、实验总结本次实验通过探究切削参数对切削量的影响，为实际生产中切削参数的优化提供了理论依据。

实验结果表明，切削深度、进给量、切削速度对切削力、切削温度、表面粗糙度具有显著影响。

在实际生产中，应根据工件材料、加工要求等因素，合理选择切削参数，以获得最佳的切削效果。

金属切削温度测量方法研究

金属切削温度测量方法研究以《金属切削温度测量方法研究》为标题，撰写一篇3000字的中文文章一、绪论金属切削过程中，温度是影响金属切削性能的关键因素。

一方面，温度依据物理机械钝化规律，影响切削刀具的硬度及强度；另一方面，温度高低对被加工材料的塑性变形有直接影响，当温度不正确时，会造成材料的损伤及产品质量的下降。

因此，准确的金属切削温度测量是提高金属切削产品质量的关键一步，同时也是推动金属加工领域发展的重要因素。

本文将探讨金属切削温度测量方法，以期提供科学准确的金属切削温度控制策略，从而获得优质的金属加工制品。

二、金属切削温度测量方法2.1向热流计量法切向热流计量法是定量测量切削过程中的热量转移量的一种方法，通过测量切削液或切削热量转移的冷却器内的温度变化量来反映金属切削温度的变化。

切向热流计量法的测量，可以采用多种形式。

如利用涡街流量计测量冷却剂的流量，并通过变温实验法计算出切削液的热吸收率等，以及利用液力传感器测量冷却剂的温度变化，以及利用温度分布嘴测量热量在切削过程中的分布情况等等方法。

2.2释电传感器测量法热释电传感器测量法也被称为红外测温法，是利用热释电特性测量金属切削温度的一种方法。

其核心原理是利用被测物体的热辐射能量来检测，并计算出物体的温度。

热释电传感器测量法的优点是，其可以在短时间内快速准确的测量出金属切削的温度，同时可以精确的检测出切削过程中温度的变化趋势，从而获得更加精确的金属切削参数。

2.3电阻传感器测量法热电阻传感器测量法也被广泛应用于金属切削温度测量中，热电阻传感器测量法的核心原理是利用热电阻特性测量金属切削过程中的温度变化。

其优点是，热电阻传感器测量法可以有效的抑制由于高温和低温环境的影响，具有较强的稳定性，还可以抵抗高温和多变性，同时可以避免温度量程及温度测量精度的影响，从而获得更准确的温度测量结果。

三、结论金属切削温度测量方法是控制金属切削质量的一个关键因素，同时也是金属切削技术发展的基础。

第五章切削热与切削温度

不同的切削加工方法，切削热由切削、刀具、工件和周围介质传导出去的比例也不同。例如，车削加工时，切削带走的切削热约为50%-80%,40%-10%传入车刀， 9%-3%传入工件，1%传入周围介质（如空气）。切削速度越高，进给量（切削厚度）越大，由切屑带走的热量就越多。钻削加工时，约有28%的切削热由切削带走，15%传入钻头，52%传入工件，5%传入周围介质。
5.2
切削温度及其测量方法
切削温度一般是指刀具与工件接触区域的平均温度。切削温度的测量是实验研究的重要技术，是研究各种因素对切削温度影响大小的依据。此外，切削温度理论计算的准确性也需要通过实测数据来校验。切削温度的测量方法很多，可归纳为以下情况：
单车刀法自然热电偶法双车刀法热电偶法插入刀具法

2. 主偏角
主偏角对切削温度的影响如图5.11所示。随主偏角的增大，切削温度升高。这是因为主偏角增大，一方面使切削刃工作长度缩短，切削热相对集中，同时刀尖角减小，散热条件变差，因此切削温度升高。

3. 负倒棱
及刀尖圆弧半径
负倒棱在（0-2）f范围内变化、刀尖圆弧半径在0-1.5mm范围内变化时，基本不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，一方面使塑性变形增大，切削热随之增加；另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度的影响不大。
刀具材料的导热系数大时，切削区的热量容易从刀具方面传导出去，也能降低切削区的温度。例如，YG类硬质合金的导热系数普遍大于YT类硬质合金的导热系数，且抗弯强度较高，所以在切削导热系数小、热强性好的不锈钢和高温合金时，在缺少新型高性能硬质合金的情况下，多采用YG6X、 YG6A等牌号的YG类硬质合金。采用冷却性能较好的切削液也能有效的降低切削温度。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而使切削温度降低。此外，切削与刀具的接触时间也影响切削温度。例如，外圆车削时，切削形成后迅速脱离车刀而落入机床的容屑盘中，传给刀具的切削热就减少了；但在进行半封闭式容屑的钻削加工时，切屑形成后仍较长时间与道具接触，由切屑所带走的切削热再次传给刀具，使得切削温度升高。

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。

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。

金属切削原理下刀具智能监测与预警技术研究

金属切削原理下刀具智能监测与预警技术研究在制造业领域中，金属切削是一项常见的工艺，其广泛应用于机械加工过程中。

金属切削加工的质量和效率往往依赖于刀具的运行状态。

然而，由于长时间使用和金属材料的高硬度，刀具的磨损、断裂和变形等问题经常发生，导致工艺质量下降和生产效率下降。

因此，对刀具的智能监测和预警技术的研究具有重要意义。

刀具智能监测与预警技术的目标是实现对刀具运行状态的实时监测和预测，以便在刀具出现故障前提前采取措施，从而避免生产故障和额外的维修成本。

该技术涉及到数据采集、信号处理、算法分析等多个方面。

下面将对这些方面的研究进展进行综述。

首先，数据采集是刀具智能监测与预警技术研究的基础。

常见的数据采集方法包括传感器监测、振动信号采集和温度监测等。

传感器监测可以通过安装在刀具上的传感器实时采集刀具的运行状态数据，如压力、温度和振动等。

振动信号采集能够提供更加详细的信息，可以通过加速度传感器或振动传感器捕捉刀具振动特征，以检测刀具是否存在磨损或断裂等问题。

温度监测可以通过红外线测温仪等设备测量刀具的表面温度，为刀具状态评估提供参考依据。

其次，信号处理是对采集到的数据进行预处理和分析的过程。

预处理包括滤波、噪声消除和信号增强等操作，以减小数据中的噪声和干扰，保留有用的信号。

分析则基于处理后的数据，运用统计学方法、机器学习算法等，提取特征，并建立模型进行数据分析和预测。

刀具的振动信号分析通常采用频域分析和时域分析的方法，以获得不同频率成分的能量分布和时间序列的变化趋势。

最后，算法分析是对处理得到的数据进行模型建立和预测的过程。

常用的算法包括基于统计学的方法、人工神经网络和支持向量机等。

统计学方法可以利用已有的数据集，通过计算相关统计指标来预测刀具状态的变化趋势。

人工神经网络是一种模拟人脑神经系统工作方式的算法，通过训练网络模型，对刀具状态进行识别和预测。

支持向量机是一种监督学习算法，能够通过训练样本，建立一个分类器进行状态判别。

《切削热与切削温度》教案

切削热与切削温度》教学设计方案专业年级：电钳专业一年级教材：机修钳工工艺学授课时间：2013 年12 月22 日切削热与切削温度》教案专业年级：电钳专业一年级教材：机修钳工工艺学授课时间：2013 年12 月22 日一、切削热和由此产生的切削温度能改变前刀面上的摩擦系数，直接影响刀具的磨损和刀具耐用度；切削温度能改变工件材料的性能，影响积屑瘤的产生和消失，直接影响工件的加工精度和表面质量。

二、凡是影响切削力的因素都会影响到切削热和由此产生的切削温度三、切削热的来源与传出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、工件与后刀面问产生的摩擦热。

切削过程中的三个变形区就是三个发热区域，如图所示。

切削过程中所消耗能量的98% — 99%都将转化为切削热。

如忽略进给运动所消耗的能量，则单位时间产生的切削热：Q Fc • v c式中 Q ——单位时间产生的热量，单位 J / s ；Fc ――切削力，单位：N;vc------ 切削速度单位：m / s 。

四、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工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热量就多，切削区温度低。

工件材料寻热系数低，切削热传导慢，切削区温度高，刀具磨损快。

⑵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。

⑶周围介质采用冷却性能好的切削液能有效地降低切削区的温度。

五、切削温度的测量教学内容35学生自主探索，小组讨论、思考（5 分钟）刀具前血上的切削温度分布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。

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：1. 自然热电偶法利用工件材料和刀具材料化学成分不同组成热电偶的两极。

金属切削中的刀具温度分析与测量方法

金属切削中的刀具温度分析与测量方法刀具温度是金属切削过程中一个重要的参数，它直接影响切削性能、刀具寿命和加工质量。

因此，在金属切削过程中，准确地分析和测量刀具温度对于提高加工效率和降低成本具有重要意义。

本文将介绍金属切削中刀具温度的分析与测量方法。

一、刀具温度的分析方法1. 理论计算法理论计算法是比较常用的一种刀具温度分析方法，它通过建立刀具温度的数学模型，通过计算来预测刀具表面的温度分布。

该方法基于辐射传热原理，考虑了切削速度、切削力、热源和刀具材料特性等因素的影响。

通过使用数值模拟软件，可以进行刀具温度分析，并得到刀具温度的数值结果。

2. 热电偶测温法热电偶测温法是一种直接测量刀具温度的方法。

将热电偶焊接在刀具表面，通过热电偶感应到的温度电势信号，可以获得刀具温度的实时数据。

这种方法具有测量范围广、精度高的优点，但需要在加工过程中实时监测，并且对于高温和高速切削过程有一定的限制。

3. 红外测温法红外测温法利用红外热像仪对刀具表面的红外辐射进行测量，从而间接得到刀具温度。

这种方法可以在不接触刀具的情况下进行测量，具有非侵入性和高效率的特点。

然而，红外测温法在测量精度上存在一定的误差，尤其对于材料导热性能较好的刀具，其测量结果可能会受到周围环境和切削冷却液的影响。

二、刀具温度的测量方法1. 热电偶测温法热电偶测温法不仅可以用于刀具温度的分析，也可以用于直接测量刀具温度。

选择适当的热电偶焊接在刀具表面，并连接到测温仪器上，通过观察温度数据的变化，可以实时了解刀具的温度变化情况。

2. 红外测温法红外测温仪可以通过测量刀具表面的红外辐射来间接得到刀具的温度。

使用红外测温仪时，必须选择适当的仪器和测量方法，确保测量结果的准确性。

同时，应该注意在使用红外测温法时，忌讳强光照射和刀具表面的残留油脂等。

3. 热像仪测温法热像仪是一种高级红外测温仪器，它可以实时捕捉刀具表面的红外图像，并将其转化为温度分布图。

通过使用热像仪，可以直观地观察刀具的温度分布情况，并及时发现温度异常区域，以进行相应的调整和措施。

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

切削温度及其测量方法

三、切屑变形
研究切削过程的目的在于找出切屑的变形规律，要说明这些规律，就必须给些切屑变形程度的表示方法。
切削层金属变形主要是剪切滑移变形，应此我们用相对滑移来表示切削层变形程度。
1、相对滑移
由材料力学知，剪切变形可用相对滑移来表示。假定平行四边形OHNM受到剪切变形后成为OGPM,其相对滑移ε可写成 ε =△S/ △y
二、第一变形区的变形
正如图3.4所示，图中OA、OB、OM均为等应力线， OA线上的应力达最‫ד‬max。
当切削层金属的某点P向切削刃逼近到达点1位置时，由于OA线上的剪切应力‫ד‬
已达到材料屈服强度‫ד‬s，故点1流动到点2，2’2则为滑移量。由于塑性变形过程中材料的强化，不同等应力线上的应力将依次逐渐增大。OM线上的应力已达到最大值‫ד‬max。
在DA、CB线的两侧还会产生一系列滑移线，但都分别交于D、C处。
图3.2（b）所示情况与图3.2 （a）的区别仅在于：切削时，工件上DB线以下还有基体材料的阻碍，故DB线以下的材料将不发生剪切滑移变形即剪切滑移只在DB线以上沿DA方向进行，DA就是切削过程的剪切滑移。
当然，由于刀具有前角及工件间有摩擦作用，剪切滑移变形会比较复杂罢了。
KC =
Fc AD
N
mm2
式中AD ----切削面积（mm2）
切削力的经验公式
用测力仪测出切削力，再将实验数据加以适当处理，
可以得到切削力的经验公式。切削力的经验公式通常是
以切削深度ap和进给量f为变量的幂函数，其形式如下：

Fc
9.81CFc ap xFc
f
v K yFc nFc
பைடு நூலகம்