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)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。
     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%的热量被工件吸收。
     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。
     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,切削温度将随之升高。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,原因是: 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。
     从尽量降低切削温度考虑,在保持切削效率不变的条件下,选用较大的 和 比选用较大的 更为有利。
     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 增大,变形减小,切削力减小,切削温度下降。前角超过18°~20°后, 对切削温度的影响减弱,这是因为刀具楔角(前、后刀面的夹角)减小而使散热条件变差的缘故。
     (2)主偏角 对切削温度的影响减小 ,切削刃工作长度和刀尖角增大,散热条件变好,使切削温度下降。
     3.工件材料对切削温度的影响
     工件材料的强度和硬度高,产生的切削热多,切削温度就高。工件材料的导热系数小时,切削热不易散出,切削温度相对较高。
     切削灰铸铁等脆性材料时,切削变形小,摩擦小,切削温度一般较切削钢时低。
     4.刀具磨损对切削温度的影响
     刀具磨损使切削刃变钝,切削时变形增大,摩擦加剧,切削温度上升。
     5.切削液对切削温度的影响
     使用切削液可以从切削区带走大量热量,可以明显降低切削温度,提高刀具寿命。

切削热和切削温度

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