切削热及影响切削温度的主要因素.
机械制造技术考点汇总
第一章 金属切削基础1.基本知识：①工件上的加工表面：3个不断变化着的表面 (1) 待加工表面。
工件上行将被切除的表面。
(2) 已加工表面。
工件上经刀具切削后产生的新表面。
(3) 过渡表面。
工件上由切削刃正在切削着的表面，位于待加 工表面和已加工表面之间，也称作加工表面或切削表面。
②切削运动：直接完成切除加工余量任务，形成所需零件表面的运动包括主运动和进给运动（合成切削运动）主运动及进给运动：可能是连续，也可能是间歇的；可能是直线运动，也可能是回转运动；可由刀具和工件分别完成(如车削和刨削)，也可由刀具单独完成(如钻孔)，但很少由工件单独完成；可以同时进行(如车削、钻削)，也可以交替进行(如刨平面、插键槽)；③切削用量：切削用量用来定量描述主运动、进给运动和投入切削的加工余量（切削层）厚度。
切削速度：刀刃上选定点的主运动的线速度 单位：m/s 或m/min当主运动为旋转运动时，可按右式计算 切削刃上各点的切削速度是不同的进给量：主运动的每一转或每一行程，刀具和工件沿进给运动方向的相对位移量称。
znf fn v Z f ==背吃刀量：工件上已加工表面和待加工表面间的距离切削用量三要素：切削速度；进给量；背吃刀量2.金属切削刀具的几何参数①刀具切削部分的结构要素：刀具组成：夹持部分（刀柄）；切削部分（刀头） 切削部分组成：三面、两刃、一尖②切削平面切削角度分析：参考PPT1000dnv π=第二章金属切削的基本规律及其应用1.切屑的种类及其变化①分类：带状切屑；底面光滑，背面呈毛茸状挤裂切屑；底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状节状切屑；底面已不光滑，呈粒状金属块的堆砌崩碎切屑：不规则块状颗粒②影响切屑形状的因素：工件材料、切削速度、进给量、刀具角度③切屑形状对加工过程的影响：切削过程平稳性、表面质量④切屑控制：卷曲和折断2.切削层金属的变形①三个变形区②变形程度的表示：变形系数；剪切角；剪应变变形系数PS：能表示变形程度的参数：切屑形态（方便、定性）；剪切角（定量）；变形系数（纯挤压，易测）；剪应变（纯剪切，较合理，忽略挤压）③刀—屑接触区的变形与摩擦第二变形区特征:切屑底层晶粒纤维化,流速减慢,甚至滞留。
切削力对切削温度的影响
切削力对切削温度的影响切削力是切削加工过程中的一项重要参数，它直接影响到切削温度的变化。
切削温度是指切削加工中产生的热量在刀具和工件之间的传递和分布情况，是判断切削加工质量和工具寿命的重要指标之一。
切削力的大小与切削温度之间存在着密切的关系，接下来将详细探讨切削力对切削温度的影响。
切削力的大小直接影响着切削温度的变化趋势。
在切削过程中，切削力会引起刀具与工件之间的摩擦，从而产生摩擦热。
当切削力较小时，摩擦热的产生相对较少，切削温度也相对较低。
但是当切削力增大时，摩擦热的产生也相应增多，切削温度也会随之升高。
因此，可以说切削力的大小直接决定了切削温度的高低。
切削力的方向和大小也影响着切削温度的分布情况。
在切削加工中，切削力的方向和大小会直接影响切削区域的温度分布。
正常切削时，切削力的方向与切削速度和刀具磨损方向一致，此时切削温度分布较为均匀。
但是当切削力的方向与切削速度和刀具磨损方向相反时，会导致切削区域的温度不均匀，出现高温区和低温区的现象。
这是因为切削力的反向作用会影响到切削界面的摩擦热传递，从而使切削温度分布发生变化。
切削力的大小还会对刀具的寿命和切削加工质量产生影响。
切削温度的升高会加剧切削界面的磨损和刀具的热膨胀，从而缩短刀具的使用寿命。
当切削力较大时，摩擦热的产生也相应增多，切削温度会显著升高，从而加剧刀具的磨损和热膨胀，导致刀具寿命缩短。
同时，切削温度的升高也会对切削加工质量产生不利影响，如切削面的烧伤、变色等现象会增加。
切削力的大小与切削温度的关系还与切削材料和切削条件等因素有关。
不同材料的切削特性不同，切削力与切削温度的关系也会有所差异。
一般来说，切削硬度较高的材料，其切削力较大，切削温度也相应较高。
另外，切削条件的不同也会对切削力和切削温度产生影响。
例如，切削速度的增加会使切削力和切削温度均增大；而切削深度的增加会使切削力增大，切削温度也相应增高。
切削力对切削温度具有重要影响。
习题与思考题
第一章 金属切削基本知识习题与思考题1-1 何谓金属切削加工？切削加工必须具备什么条件？ 1-2 形成发生线的方法有哪几种？各需要几个成形运动？ 1-3 何为简单成形运动和复合成形运动？各有何特点？ 1-4 切削加工由哪些运动组成？它们各有什么作用？1-5 什么是主运动？什么是进给运动？各有何特点？分别指出车削圆柱面、铣削平面、磨外圆、钻孔时的主运动和进给运动。
1-6 什么是切削用量三要素？在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系? 1-7 车刀正交平面参考系由哪些平面组成？各参考平面是如何定义的？ 1-8 刀具的基本角度有哪些？它们是如何定义的？角度正负是如何规定的？1-9 用高速钢钻头在铸铁件上钻φ3与φ30的孔，切削速度为30m/min 。
试问钻头转速是否一样？各为多少？1-10 工件转速固定，车刀由外向轴心进给时，车端面的切削速度是否有变化？若有变化，是怎样变化的？1-11 切削层参数包括哪几个参数？ 1-12 切削方式有哪几种？1-1345º弯头车刀在车外圆和端面时，其主、副刀刃和主、副偏角是否发生变化？为什么？如图1-22所示，用弯头刀车端面时，试指出车刀的主切削刃、副切削刃、刀尖以及切削时的背吃刀量、进给量、切削宽度和切削厚度。
1-14试绘出外圆车刀切削部分工作图。
已知刀具几何角度为： 90=rκ， 10'=r κ，15=o γ， 8'==o o αα， 5+=s λ。
1-15 试述刀具的标注角度与工作角度的区别。
为什么横向切削时，进给量不能过大？ 1-16 影响刀具工作角度的主要因素有哪些?1-17在CA6140机床上车削直径为80mm ，长度180mm 的45钢棒料，选用的切削用量为a p =4mm ；f =0.5mm/r ；n =240r/min 。
试求：①切削速度；②如果kr =45º, 计算切削层公称宽度b D 、切削层公称厚度h D 、切削层公称横截面积A D 。
机制技术(3-1)金属切削过程的基本规律
②、节状切屑：内表面有时有裂纹、外表面呈锯齿形。
节状切屑
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 1、切屑的形成
切屑的类型为：
③、粒状切屑：切屑呈梯形。 产生条件：剪切面上剪切 应力超过了材料的破裂强度。
粒状切屑
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 1、切屑的形成
刀具
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程
1、切屑的形成
将刀具推挤切削层金属使其转变为切屑的切 削区域大致分为三个变形区。 第一变形区： ①、沿滑移线剪切变形 ②、随变形产生加工硬化
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 1、切屑的形成
将刀具推挤切削层金属使其转变为切屑的切 削区域大致分为三个变形区。
=(FC2+FP2+Ff2)1/2
FP=(0.15～0.7)FC
Ff=(0.10～0.6)FC
金属切削过程的基本规律
㈡、切削力 1、总切削力的分解和切削功率
F
Fc FD Ff
⑵、切削功率
切削功率为：
PC=FCVC/60000
机床主电动机功率为：
PE≥PC/η
式中
C
Fc —— 主切削力（N）； v —— 主运动速度（m/min）。
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 影响积屑瘤的主要因素 ②、切削速度
切削速度对积屑瘤的影响
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 影响积屑瘤的主要因素 ②、切削速度 加工钢时，在Vc≈5～50m/min时，易产生积屑瘤
Vc较低时：切削温度不高，不易产生积屑瘤
机械制造技术复习题目答案
填空选择题：1．刀具后角是指后刀面与切削平面间的夹角。
2．精车铸铁时应选用（YG3、）；粗车钢时，应选用（YT5、）。
3．当进给量增加时，切削力（增加），切削温度（增加）。
4．粗磨时，应选择（软、）砂轮，精磨时应选择（紧密、）组织砂轮。
5．合理的刀具耐用度包括Tc经济耐用度与Tp 最高成本耐用度两种。
6．转位车刀的切削性能比焊接车刀（好，），粗加工孔时，应选择（、麻花钻）刀具。
7．机床型号由字母与数字按一定规律排列组成，其中符号C代表（车床、）。
8．滚斜齿与滚直齿的区别在于多了一条（、附加运动）传动链。
滚齿时，刀具与工件之间的相对运动称（成形运动、）。
9．进行精加工时，应选择（，切削油），为改善切削加工性，对高碳钢材料应进行（退火，）处理。
10．定位基准与工序基准不一致引起的定位误差称（基准不重合、）误差，工件以平面定位时，可以不考虑（、基准位置）误差。
11．机床制造误差是属于（系统、）误差，一般工艺能力系数C p应不低于（二级、）。
12．在常用三种夹紧机构中，增力特性最好的是螺旋机构，动作最快的是圆偏心机构。
13．一个浮动支承可以消除（1、）个自由度，一个长的v型块可消除（4，）个自由度。
14．工艺过程是指在生产过程中凡是改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等使其成为成品或半成品的过程。
1.15．工序是指是一个或一组工人在一台机床（或一个工作地），对同一工件（或同时对几个）所连续完成的工艺过程。
16．剪切角增大，表明切削变形（，减少）；当切削速度提高时，切削变形（，减少）。
17．当高速切削时，宜选用（，硬质合金）刀具；粗车钢时，应选用（YT5、）。
18．不经修配与调整即能达到装配精度的方法称为（互换法、）。
19．当主偏角增大时，刀具耐用度（，减少），当切削温度提高时，耐用度（、减少）。
20．在四种车刀中，转位车刀的切削性能（最好，）；粗磨时应选择（，软）砂轮。
21．机床的基本参数包括尺寸，运动，动力。
数控机床刀具刀具寿命
切削热和切削温度
1.切削热的来源与传出
加工方法 切屑 工件
车削 50~80% 10~40%
铣削
70% <30%
钻、镗削 30% >50%
磨削
4% >80%
刀具 <5% 5% 15% 12%
切削热和切削温度
2. 切削温度的分布
a） 法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布 切削温度的分布
刀具磨损与刀具寿命
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (1)刀具的磨损过程
图3-38 硬质合金车刀的典型磨损曲线 YD05-30CrMnSiA；go4º，ao8º，kr45º，ls-4º；vc=150m/min，
刀具磨损与刀具寿命
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准
刀具允许达到的最大的磨损量，称为 “磨钝标准”。
3.影响切削温度的主要因素
(2)切削用量 在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最
大。 。
3.影响切削温度的主要因素
(2)切削用量
3.影响切削温度的主要因素
综上所述，切削用量对切削温度的影响程 度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀 量最小。
因此，若要切除给定的余量，又要求切削 温度较低，则在选择切削用量时，应优先考 虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的 进给量，最后再选择合理的切削速度。
车刀典型磨损形式示意图
刀具磨损与刀具寿命
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 （任何切削温度） (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 （高速切削） (4) 氧化磨损 （高速切削）
刀具磨损与刀具寿命
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 (4) 氧化磨损
8、金属切削加工基本理论
合成方法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方 氮化硼转变成立方氮化硼。 • 立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达 8000~9000HV，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材
料，其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石，可耐１
３００～１５００°Ｃ的高温，在1200~1300°也不易 与铁系材料发生化学反应，其导热率也大大高于高速
• 2、常用刀具材料
刀具材料类型： 工具钢（高速钢） 硬质合金 陶瓷 超硬材料 最常用
工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与 刃磨性能好，故广泛用于中、低切削的成形刀具，不 宜高速切削。
• 3)高速钢 • 高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V) 等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的 碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳 形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨 性。 • 高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的2~3倍 ，为陶瓷的5~6倍）、硬度（62~70HRC）、耐 热性（600~700°C）、韧性、耐磨性和工艺性 均较好，刃磨锋利，故又称“锋钢”，适合于 大部分常用材料的切削加工。
6）超硬刀具材料
• 超硬刀具材料有金刚石和立方氮化硼。金刚石可分天然和人造两 种，其代号分别用JT和JR表示，都是碳的同素异形体。
• 天然金刚石大多属于单晶金刚石，单晶天然金刚石具 有各向异性（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很 大，可在100~500倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨 方向），选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半 径磨到最小，刀具极为锋利，可用于有色金属及非金 属的超精密加工。 • 天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。
第8章 金属切削加工概论
【主要内容】 1．切削加工的基本慨念 (1)切削运动 (2)工件上的加工表面 (3)切削用量及切削层参数 2．切削刀具 (1)刀具材料 (2)刀具的几何形状及角度 (3)刀具的耐用度 3．切削过程中的物理现象 (1)切屑 (2)积屑瘤 (3)切削力 (4)切削热
金属切削过程培训讲义
•
•第四节 切削力、切削热与切削温度
3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。
a）背吃刀量asp 和进给量f对切削力的影响;
•背吃刀量as•p↑ •进给量•f ↑
•切削速度对积屑瘤的影响
•
•第三节 金属切削过程
（三）控制积屑瘤产生的措施
（1）避免容易产生积屑瘤的切削速度范围 （2）降低材料塑性 （3）合理使用切削液 （4）增大刀具前角
•
第四节 切削力、切削热与切削温度
•
•第四节 切削力、切削热与切削温度
切削力决定着切削热的产生，并影响刀具磨损和已加工 表面质量。
表面也比较粗糙。
•
•第三节 金属切削过程
单元切屑
切削塑性材料时，切削层金属在塑性变形过程中，剪切面上 产生的剪应力超过材料的强度极限，切屑沿剪切面完全断开 ，形成形状类似，而又互相分离的屑块。采用极低的切削速 度，大的切削厚度，小的前角，切削塑性较差的材料时，易 形成单元切屑。形成单元切屑时，切削力波动很大，有振动 ，已加工表面粗糙，且有振纹。
切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去。影 响散热的主要因素是：
⑴工件材料的导热性能 ⑵刀具材料的导热性能 ⑶周围介质 ⑷切屑与刀具的接触时间
•
•第四节 切削力、切削热与切削温度
切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质传导出去
，热平衡式可写为：
Q=Qe+Qt+Qw+Qm
(2-33)
式中 Qe——单位时间内传给切屑的热量（J/s）；
热相应增多，切削区的平均温度降低。
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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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刀具、切屑和工件的切削温度分布
2．实际生产中对切削温度的判断方法 切屑颜色与切削温度的关系 切屑颜色 银白色 淡黄色 深蓝色 淡灰色 切削温度 500℃以下 500~550℃左右 650~900℃左右 1000℃以上
紫黑色
1300℃以上
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切削热及影响切削温度的主要因素
切削热及影响切削温度的主要因素
1
2 3 4
切削热的产生与传散
温度分布及生产中对切削温度的判断方法
影响切削温度的因素 切削热的利用与限制
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切削热的产生与传散
1．切削热的来源
工件材料的变形 刀具前面与切屑之间、后面与工件之间的摩擦
2．刀具方面 （1）刀具角度 1）前角 前角的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦，因此,它 对切削温度有明显的影响。1.08 0° 1.03 10° 1 18° 0.85 25° 0.8
切削温度 对比值
附 注
车削45钢，刀具YT15，αo= 6°~8°κr=75°, λs=0°, γε=0.2mm，切削用量：αp=3mm， f=0.1mm/r
切削变形增加
推挤作用增大
摩擦增大
温度升高
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3．工件材料 （1）材料的强度、硬度 材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削温度也越高。 （2）材料的导热系数 材料的导热系数越低，由工件和切屑传走的热量就越少，切削温度就 越高。
（3）材料的类别
切削脆性金属材料时，由于塑性变形很小，且切屑呈崩碎状，与前面 的摩擦小，产生的热量也就少，故切削温度一般较塑性材料低。
影响切削温度的因素
1．切削用量
切削速度、进给量和背吃刀量对切削温度都有影响。切削速 度对切削温度的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响最小。
当切削速度增大一倍时，切削温度约增高20%~33%。 进给量增大一倍时，切削温度约增高10%。 背吃刀量增大一倍时，切削温度只增高约5% 。
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