切削熱和切削溫度

發(fā)布日期：2012-08-29    蘭生客服中心    瀏覽：3167

一 切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)

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被切削的金屬在刀具的作用下，發(fā)生彈性和塑性變形而耗功，這是切削熱的一個重要來源。此外，切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦也要耗功，也產(chǎn)生出大量的熱量。因此，切削時共有三個發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與過渡表面接觸區(qū)，如圖示，三個發(fā)熱區(qū)與三個變形區(qū)相對應(yīng)。所以，切削熱的來源就是切屑變形功和前、后刀面的摩擦功。

二 切削溫度的測量



盡管切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度，切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。前刀面的平均溫度可近似地認(rèn)為是剪切面的平均溫度和前刀面與切屑接觸面摩擦溫度之和。?

三 影響切削溫度的主要因素



根據(jù)理論分析和大量的實驗研究知，切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、刀具磨損和切削液的影響，以下對這幾個主要因素加以分析。


  1. 切削用量的影響

    分析各因素對切削溫度的影響，主要應(yīng)從這些因素對單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量和傳出的熱量的影響入手。如果產(chǎn)生的熱量大于傳出的熱量，則這些因素將使切削溫度增高；某些因素使傳出的熱量增大，則這些因素將使切削溫度降低。切削速度對切削溫度影響最大，隨切削速度的提高，切削溫度迅速上升。而背吃力量ap變化時，散熱面積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化，故ap對切削溫度的影響很小。

  2. 刀具幾何參數(shù)的影響

    切削溫度θ隨前角γo的增大而降低。這是因為前角增大時，單位切削力下降，使產(chǎn)生的切削熱減少的緣故。但前角大于18°～20°后，對切削溫度的影響減小，這是因為楔角變小而使散熱體積減小的緣故。主偏角Κr減小時，使切削寬度aw增大，切削厚度ac減小，故切削溫度下降。負(fù)倒棱bγ1在(0-2)f范圍內(nèi)變化，刀尖圓弧半徑re在0-1.5mm范圍內(nèi)變化，基本上不影響切削溫度。因為負(fù)倒棱寬度及刀尖圓弧半徑的增大，會使塑性變形區(qū)的塑性變形增大，但另一方面這兩者都能使刀具的散熱條件有所改善，傳出的熱量也有所增加，兩者趨于平衡，所以對切削溫度影響很小。

  3. 刀具磨損的影響

    在后刀面的磨損值達到一定數(shù)值后，對切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。合金鋼的強度大，導(dǎo)熱系數(shù)小，所以切削合金鋼時刀具磨損對切削溫度的影響，就比切碳素鋼時大。?

  4. 切削液的影響

    切削液對切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關(guān)系。從導(dǎo)熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。


四 切削溫度的分布




  1. 剪切面上各點溫度幾乎相同。

  2. 前刀面和后刀面上的最高溫度都不在刀刃上，而是在離刀刃有一定距離的地方。

  3. 在剪切區(qū)域中，垂直剪切面方向上的溫度梯度很大。

  4. 在切屑靠近前刀面的一層(簡稱底層)上溫度梯度很大，離前刀面0.1-0.2mm，溫度就可能下降一半。

  5. 后刀面的接觸長度較小，因此溫度的升降是在極短時間內(nèi)完成的。

  6. 工件材料塑性越大，則前刀面上的接觸長度愈大，切削溫度的分布也就較均勻些；反之，工件材料的脆性愈大，則最高溫度所在的點離刀刃愈近。

  7. 工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈低，則刀具的前、后刀面的溫度愈高。


五 切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響



切削溫度高是刀具磨損的主要原因，它將限制生產(chǎn)率的提高；切削溫度還會使加工精度降低，使已加工表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及其它缺陷。


  1. 切削溫度對工件材料強度和切削力的影響?

    切削時的溫度雖然很高，但是切削溫度對工件材料硬度及強度的影響并不很大；剪切區(qū)域的應(yīng)力影響不很明顯。

  2. 對刀具材料的影響

    適當(dāng)?shù)靥岣咔邢鳒囟�，對提高硬質(zhì)合金的韌性是有利的。

  3. 對工件尺寸精度的影響

  4. 利用切削溫度自動控制切削速度或進給量?

  5. 利用切削溫度與切削力控制刀具磨損

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