切削热的产生与传导.
第5章 切削热与切削温度
切屑 50%～86% 28%
工件 3%～9% 52.5%
刀具 10%～40% 14.5%
周围介质 1% 5%
表5-1 切屑、工件、刀具中切削热的分布
5.2 切削温度的测量方法
切削温度的测定方法很多，有热电偶法、辐射测温法等。但目前广为应 用的是热电偶法。它具有简单、可靠，使用方便的优点。 5.2.1 热电偶法 热点偶法包括自然热点偶法和人工热电偶法。 1.自然热电偶法 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，称为热电偶 的热端；离接触区较远的工件与刀具处一般保持在室温状态，称为热电 偶的冷端。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。
（a）测量刀具前面某点的温度示意图 （b）测量工件加工面某点的温度示意图 图5-4 用人工热电偶法测量刀具和工件温度
5.2.2 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 敏电阻传感器两种。如图55所示为用光电传感器测量 刀具与切屑接触面温度分 布的示意图。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。
5.4 影响切削温度的主要因素 切削温度的高低，取决于切削热产生的多少和散热 条件的好坏。下面分析几个主要因素对它的影响。 1.工件材料对切削温度的影响 2.切削用量对切削温度的影响 1）切削速度 2）进给量 3）背吃刀量
切削热及影响切削温度的主要因素.
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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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机械制造技术基础 第二章 第五节 切削热及切削温度
四、切削温度对切削过程的影响
1、切削温度对工件材料被切削性能的影响 切削温度较高，切削区工件材料的强度会降低；同时切削速度较高时（即
切削温度较高），应变速率增大，又会使切削区工件材料的强度增大。最终的 影响结果取决这正反两方面的主、次地位。 通常，切削温度较高，切削区工件材料的强度会降低，材料的被切削性能 好，表现为切削力有下降趋势。 2 、对刀具材料的影响 适当提高切削温度，可提高刀具材料的强度、韧性。所以，硬度高，但强 度、韧性差的刀具材料易采用较高切削速度，这样不易崩刃（如：陶瓷、金刚 石、 立方氮化硼）。 3、 对工件尺寸精度的影响 工件、刀杆受热膨胀，使切削加工后零件尺寸精度及形状精度降低，精 加工时必须注意。 4、利用切削温度自动控制切削速度或进給量。 5、也可同时用切削温度与切削力作为控制型号，控制刀具磨损。
第Ⅰ变形区——切屑的弹、塑性变形功，产生的热为qs。 第Ⅱ变形区——切屑与前刀面的摩擦功，产生的热为qr 。 第Ⅲ变形区——刀具后刀面与工件的摩擦功。 2、切削热的传导 ⑴ 切削热的传导 切削塑性金属，为研究问题方便，忽略后刀面与工件摩擦产生的热，则切削热分别由刀具(qτ）、 切屑（qc）、工件（qw）及周围介质传出（比例较小忽略），具体比例如下： qc=R1. qs+R2.qr qτ=（1-R2) qr qw=（1-R1) qc 其中 ：R1—剪切热传入切屑的比例 ；R2 —摩擦热传入切屑的热 。 ⑵ 影响热传导的的主要因素： ① 工件材料的导热系数↑ qc ↑、 qw ↑，则切削区的温度θ↓ ② 刀具材料导热系数↑ qτ ↑，则切削区的温度θ↓ ③ 刀、屑接触时间 ↑ 则切削区的温度θ ↑ ⑶ 影响 R1、R2大小的因素 ① R1:通常V ↑、ac ↑ R1 ↑
切削热与切削温度
3. 刀具磨损原因 高速钢刀具） （1）磨粒磨损 （高速钢刀具） ） 切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度， 切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其结 构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点， 构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，能在 刀具表面刻划出沟纹，这就是磨粒磨损。 刀具表面刻划出沟纹，这就是磨粒磨损。 硬质点有碳化物(如 硬质点有碳化物 如Fe3C、TiC、VC等)、氮化物 、 、 等、 (如TiN、Si3N4等)、氧化物 如Si02、A12O3等)和金 如 、 、氧化物(如 和金 属间化合物。 属间化合物。
氧化磨损： 氧化磨损： 空气不易进入刀—屑接触区。氧化磨损最容易在主、 空气不易进入刀 屑接触区。氧化磨损最容易在主、 屑接触区 副切削刃的工作边界处形成，在这里划出较深的沟槽， 副切削刃的工作边界处形成，在这里划出较深的沟槽， 造成“边界磨损” 造成“边界磨损”。
温度对磨损的影响
（3）刀具角度的影响 γo ↑ → θ ↓ ； γo ↑ ↑ → θ ↑ 切削热集中↑ 散热↓→ κr ↑ → bD ↓ → 切削热集中↑ → 散热↓→ θ ↑
（4）刀具磨损的影响：刀钝以后，摩擦加剧 ）刀具磨损的影响：刀钝以后， 的影响： （5）切削液的影响：冷却效果明显 ）切削液的影响 切削液的作用： 切削液的作用： （1）冷却作用 ）冷却作用 （2）润滑作用 ）润滑作用 （3）清洗作用 ）清洗作用 （4）防锈作用 ）防锈作用
五、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响 切削温度对工件、 1. 切削温度对工件材料强度和切削力的影响 2. 切削温度对刀具材料的影响 3. 切削温度对工件尺寸精度的影响 4. 利用切削温度自动控制切削速度和进给量 5. 利用切削温度与切削力控制刀具磨损
刀具磨损与刀具寿命
§ 2.5 切削热和切削温度
机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
■ 切削液的影响 ● 作用 冷却、润滑、清洗、防锈。 ● 种类 水基切削液、乳化液、油类切削液 从导热性来看，水基切削液最好，乳化液次之，油类切削液最差。 ● 影响 粗加工——主要要求冷却，一般选水或低浓度的乳化液； 一般钢材——选乳化液或硫化切削油； 有色金属——不宜采用含硫化油的切削液，以免腐蚀； 脆性材料（铸铁、青铜、黄铜）——不用切削液； 低速精加工——采用煤油；
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
4. 切削温度对工件、刀具及切削过程的影响 ■ 对工件材料强度和切削力的影响 ● 一般情况下影响不大 ● 加热切削（500~800℃）——可降低切削力，是切削难加工材料的途径之一 ■ 对刀具材料的影响 ● 适当提高切削温度有利于提高硬质合金的韧性，从而提高了抗冲击强度而不 易崩刀，但磨损强度降低 ● 各类刀具材料在切削各种材料时都有最佳切削温度范围 ■ 对工件尺寸精度的影响 ● 直径的热胀冷缩 ● 刀杆（刀架）的热变形 ● 工件受热因约束而弯曲变形
1—GH131 2—1Cr18Ni9Ti 3—45钢(正火) 4—HT200 刀具材料：YT15；YG8 刀具几何参数： o=15 ， o=6~8 ， r=75 ， 1= -10 ， s=0，b=0.1mm，r=0.2mm 切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
■ 红外测温 利用红外辐射原理， 借助热敏感元件，测量切 削区温度。可测量切削区 侧面温度场。
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.5 切削热和切削温度
机械制造技术课后习题及答案
机械制造技术习题第一章金属切削加工的基本知识1-1，切削加工由哪些运动组成？它们各有什么作用？析：切削加工由主运动和进给运动组成。
主运动是直接切除工件上的切削层，使之转变为切削，从而形成工件新包表面。
进给运动是不断的把切削层投入切削，以逐渐切除整个工件表面的运动。
1-2，何为切削用量?简述切削用量的选择原则。
析：切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。
与某一工序的切削用量有密切关系的刀具寿命，一般分为该工序单件成本最低的经济寿命和最大生产率寿命两类。
原则：一般是提高刀具耐用度的原则，并且保证加工质量。
粗加工时，大的切削深度、进给，低的切削速度；精加工时，高的切削速度，小的切削深度、进给。
1-3,常见的切削类型有几种？其形成条件及加工的影响是什么？析：切削加工就是指用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。
楼主想要了解的是不是切削加工的分类金属材料的切削加工有许多分类方法。
常见的有以下3种。
按工艺特征区分切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构以及切削工具与工件的相对运动形式。
按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。
按切除率和精度分可分为：①粗加工：用大的切削深度，经一次或少数几次走刀从工件上切去大部分或全部加工余量，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工加工效率高而加工精度较低，一般用作预先加工，有时也可作最终加工。
②半精加工：一般作为粗加工与精加工之间的中间工序，但对工件上精度和表面粗糙度要求不高的部位，也可以作为最终加工。
③精加工：用精细切削的方式使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等。
精加工一般是最终加工。
④精整加工：在精加工后进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。
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机械制造相关知识培训教程1.切削运动：在金属切削加工时，为了切除工件上多余的材料，形成工件要求的合格表面，刀具与工件间须完成一定的相对运动，即切削运动。
切削运动按其所起的作用不一致，可分为主运动与进给运动。
2.切削要素：已加工表面、代加工表面、加工表面。
3.切削用量：切削速度、进给量、背吃刀量。
4.切削层几何参数：切削宽度、切削厚度、切削面积.5.刀具切削部分的构成：①前面（前刀面）Ａr：刀具上切屑流出的表面；②后面（后刀面）Aα：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；③副后面（副后刀面）Aα′：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；④主切削刃Ｓ：前面与后面形成的交线，在切削中承担要紧的切削任务；⑤副切削刃Ｓ′：前面与副后面形成的交线，它参与部分的切削任务；⑥刀尖：刀尖能够是主切削刃与副切削刃汇交的交点；也能够是把主切削刃与副切削刃连接起来的一小段切削刃。
刀具角度参考系⑴正交平面参考系：由基面P r、切削平面P s与正平面P o构成的空间三面投影体系称之正交平面参考系。
⑵法平面参考系：由基面P r、切削平面P s与法平面P n构成的空间三面投影体系称之法平面参考系。
刀具的标注角度①前角：在正交平面内测量的前面与基面之间的夹角。
前角表示前面的倾斜程度。
②后角：在正交平面内测量的主后面与切削平面之间的夹角，后角表示主后面的倾斜程度。
③主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。
④副偏角：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。
⑤刃倾角：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。
切屑形成过程及变形区的划分切屑是被切材料受到刀具前刀面的推挤，沿着某一斜面剪切滑移形成的。
第一变形区：塑性变形区。
第二变形区：摩擦变形区。
第三变形区：加工表面变形区。
积屑瘤的形成及其对切削过程的影响在切削塑性材料时，假如前刀面上的摩擦系数较大，切削速度不高又能形成带状切屑的情况下，常常会在切削刃上粘附一个硬度很高的鼻型或者楔型硬块，称之积屑瘤。
金属切削过程中的物理现象
式中 Fz－主切削力（N）
v－主运动切削速度（m/min）
Pm
Fz
v103 60
kW
机床电动机所需功率PE:
式P E中
Pm
－
PE
Pm
机床传动效率。
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22
四、影响切削力的因素
总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑
性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力
和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
第Ⅱ变形区 与前刀面接触的 切屑层内产生的变形区；
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第Ⅲ变形区 近切削刃处已加 工表层内产生的变形区 （后刀 面与工件的接触区域）
4
1、第一变形区 （剪切滑移区）
切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成了切
屑，下面以直角自由切削为例，分析较典型的连续切屑的形成
过程。
切削层受到刀具前
影响切屑力的主要因素有：工件材料、 切削用量、刀具几何参数、其它因素。
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23
1.工件材料的影响
工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈 高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。
在材料的强度、硬度相近的情况下，材料的塑性越大。 韧性越大，则切削力越大。 ◆塑性大的材料在切削过程中将产生较大的塑性变形和加 工硬化，且切削与前刀面的接触时间长，故切削力较大； ◆韧性大的材料，使之发生变形或破坏需消耗较多的能量， 故切削力较大。
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28
3.刀具几何参数的影响
1） 前角ro对切削力的影响;
对塑性材料
前角go↑ 刀刃锋利↑
对脆性材料
切削变形↓
切削力
影响较小
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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 （2）刀具材料的导热系数 （3）周围介质
z
f
y
——刀具与切屑接触平均温度（ ）； C ——切削温度系数; c ——切削速度（m/min）; f ——进给量（mm/r）; a p ——背吃刀量（mm）;
x（ a p 2 22）
C
v
a 指数。 z , y , x ——分别为的vc 、f 、
p
用高速钢或硬质合金刀具切削中碳钢时， 式（2-22）中的系数和指数值参见表。
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。
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：
自然热电偶法
人工热电偶
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
C vc
式中：
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
（2）主偏角
图
对的影响 4．刀具磨损对切削温度的影响
5．切削液对切削温度的影响
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