机械制造技术基础金属切削原理——切削温度

,刀具材料,*,第,3,章 金属切削原理,25,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,1,机械制造教研室,机械制造技术基础,第,3,章 切削与磨削原理,13,金属切削刀具类型,机械制造技术基础,第,3,章 金属切削原理,-,3.3,切削热与切削温度,视频,视频,切削温度对切削过程及加工质量的影响,热源,内部热源,外部热源,摩擦热 （运动副）,转化热 （电动机，动力能耗）,加工热 （切削热、磨削热）,环境温度 （室温、地基温度）,辐射热 （阳光、取暖设备、人体）,工艺系统的热源,切削温度高,-,工艺系统热变形,-,影响加工精度,机床,-,破坏原有的冷态几何精度，造成加工误差；,工件,-,冷却后尺寸改变；局部受热不均而变形；,刀具,-,加工过程中热伸长引起加工尺寸变化,切削温度高使刀具磨损加剧,-,限制生产率的提高；,使已加工表面产生残余应力、金相组织变化缺陷；,适当提高切削温度，对提高硬质合金的韧性有利；,利用切削温度自动控制切削速度或进给量；,利用切削温度与切削力控制刀具磨损,3.3.,切削热与切削温度,切削力产生,弹性变形产生的抗力,塑性变形产生的抗力,刀具与切屑间的摩擦力,刀具与工件间的摩擦力,5,Q,产生,=Q,弹性,+Q,塑性,+Q,刀前,+Q,刀后,力作功,产生切削热的因素,3.3.1,切削热的产生与传出,Q,传出,=Q,切屑,+Q,工件,+Q,刀具,+Q,介质,Q,产生,=Q,弹性,+Q,塑性,+Q,刀前,+Q,刀后,切削温度,传出切削热的因素,切削温度,：,一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度。,切,削,温,度,测,定,方,法,热电偶法,辐射温度计法,其他,自然热电偶法,人工热电偶法,双车刀法,单车刀法,插入刀具法,插入工件法,辐射热计法,PbS,电池法,锗光电二极管法,红外线干板（或胶片）法,热敏颜料法,热敏电阻法,量热计法,金属组织观察法,7,3.3.3,切削温度及其测量,自然热电偶法：,测量切削区平均温度；,需要具体标定。,人工热电偶法：,测量切削区指定点温度,不需要具体标定；,被测点要有足够的空间,9,3.3.2-,切削温度分布规律,剪切区内，,剪切区等温线与滑移线相近,-,剪切滑移相等的地方温度相等，,沿剪切面方向上各点温度几乎相同；,垂直于剪切面方向上的温度有变化,.,！剪切变形是切削热的第一来源,10,前刀面和后刀面上的最高温度点都不在切削刃上，而是在离切削刃有一定距离的地方,-,这是摩擦热沿前、后刀面逐渐增加的缘故；,切削区内前刀面附近温度最高，其次是后刀面附近。,前刀面温度,最高的位置,（,750,）,后刀面温度,最高的位置,（,680,）,切削刃,3.3.2-,切削温度分布规律,摩擦是切削热的又一来源,11,在靠近前刀面的切屑底层上，温度梯度很大，这说明前刀面上的摩擦热集中在切屑底层，对切屑底层金属的剪切强度会有很大的影响。,-,切削温度上升会使前刀面上的摩擦系数下降。,后刀面的接触长度较小，因此工件已加工表面上温度的升降是在极短的时间内完成的。,-,刀具通过时，已加工表面受到一次热冲击。,切屑底层,已加工表面,3.3.2-,切削温度分布规律,Q,产生,=Q,弹性,+Q,塑性,+Q,刀前,+Q,刀后,Q,传出,=Q,切屑,+Q,工件,+Q,刀具,+Q,介质,3.3.3,切削温度的影响因素,分析思路：,切削条件的某项因素的增加，一方面会使产生的热量增加，但另一方面也可能会使传出的热量增加。切削温度的高低就要综合考虑产生的热量和传出的热量。,12,控制？,经验公式：,C,v,z,f,y,a,p,x,z,：,0.3,0.5,之间，,Y,：,0.15,0.3,，,X,：,0.05,0.1,。,1,切削用量的影响,-,切削用量,切削用量增加均使切削温度增加；,切削用量对切削温度的影响顺序：,切削速度,v,对,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。,均不成正比,1,切削用量的影响,-,切削速度,15,结论,:,速度的提高切削温度升高，但不会成正比,使温度,提高,的原因：,切削速度的提高单位时间内切掉的金属量增加，消耗于变形和摩擦的功增加；产生的热量随之增加，,热量的传出需要时间，切削速度的提高使产生的热两来不及向外传出。,综合分析结果,使温度,降低,的原因：,切削速度的提高单位切削力及切削功率减小。,1,切削用量的影响,进给量、背吃刀量,16,使温度,提高,的原因：,综合分析结果,使温度,降低,的原因：,2,刀具几何参数的影响,17,分析思路,2,刀具几何参数的影响,前角,18,前角大,-,锋利、容热体积小,前角增大，切削温度下降,0,变形,F,q,；,前角继续增大，切削温度下降幅度减小,0,20,时，因散热面积，对,的影响减小,主偏角增大切削温度升高；,原因？,19,2,刀具几何参数的影响,主偏角,主偏角对切削力的影响？,3.2.3,切削力的影响因素,主偏角,实验结果：,主偏角对主切削力影响不大；,主偏角增大，背向力减小；,3.2.3,切削力的影响因素,主偏角增大切削温度升高；,原因？,切削刃工作长度减小，切削热集中；,刀尖容热体积减少,b,1,、,r,，,切屑变形程度,q,同时散热条件改善，两者趋于平衡,对,影响很小,2,刀具几何参数的影响,负倒棱及刀尖圆弧半径,23,1,）工件材料的,强度、硬度,等各项力学性能提高时，产生的切削热增多，切削温度升高；,2,）工件材料的,热导率,愈大，通过切屑和工件传出的热量愈多，切削温度下降愈快。,决定产生切削热的性能（强度）同样的情况下，导热系数的不同决定了传出热量的不同，所以切削温度不同。,3,工件材料及热处理状态,24,不同材料的切削温度,4,工件材料及热处理状态,45,钢不同的热处理状态,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。,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,影响越显著,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,切削液？,