第二章 第四节 切削热和切削温度讲解
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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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切削热、切削温度
（4）后刀面与工件的接触长度较短，因此， 工件加工表面上温度的升降是在极短的时间内完成 的。刀具通过时加工表面只受到一次热冲击。
三、影响切削温度的因素
1．工件材料
工件材料的强度和硬度越高，需要的切削力 就越大，产生的热量就越多，因而切削温度就越高。
工件材料的料的热导率越大，通过切屑和工件传出的 热量就越多，切削温度下降就越快。
2．切削用量
切削用量中，切削速度vc对切削温度影响最 大，进给量f次之，背吃刀量ap影响最小。
切削速度vc增大，切削变形和摩擦产生的热 量急剧增多，尽管切屑带走的热量相应增多，但
散热条件并没有改善，因此切削温度显著升高。
进给量f增大，产生的热量增加，但同时切削 厚度变大，切屑带走的热量增加，而散热条件并
未改善，因此最终切削温度有所升高。
背吃刀量ap增大，产生的热量按比例增加， 但同时刀具的传热面积也按比例增加，显著改善
散热条件，因此最终切削温度仅略有升高。
3．刀具几何参数
（1）前角
前角γo增大，切削变形程度减小，产生的切削 热减少，因而切削温度下降。但前角γo大于18°～ 20°时，楔角βo减小，传热体积减小，对切削温度 的影响减小。
右图为切削塑 性材料时，刀具、 切屑和工件上的温 度分布示意图。由 图可知：
（1）剪切区内，沿剪切面方向上各点温度 几乎相等；而在垂直于剪切面方向上的温度梯度 很大。
（2）前、后刀面的最高温度都不在切削刃 处，而在离切削刃有一定距离的地方。
（3）在切屑厚度方向上的切削温度梯度很 大，靠近前刀面的一层（底层）温度最高，远离 前刀面方向温度下降很快。
（2）主偏角
在背吃刀量ap相同的情况下，主偏角 r增大，主 切削刃的工作长度缩短，刀尖角εr减小，传热面积减 小，切削热相对集中，从而提高了切削温度；反之，
三、影响切削温度的因素
1．工件材料
工件材料的强度和硬度越高，需要的切削力 就越大，产生的热量就越多，因而切削温度就越高。
工件材料的料的热导率越大，通过切屑和工件传出的 热量就越多，切削温度下降就越快。
2．切削用量
切削用量中，切削速度vc对切削温度影响最 大，进给量f次之，背吃刀量ap影响最小。
切削速度vc增大，切削变形和摩擦产生的热 量急剧增多，尽管切屑带走的热量相应增多，但
散热条件并没有改善，因此切削温度显著升高。
进给量f增大，产生的热量增加，但同时切削 厚度变大，切屑带走的热量增加，而散热条件并
未改善，因此最终切削温度有所升高。
背吃刀量ap增大，产生的热量按比例增加， 但同时刀具的传热面积也按比例增加，显著改善
散热条件，因此最终切削温度仅略有升高。
3．刀具几何参数
（1）前角
前角γo增大，切削变形程度减小，产生的切削 热减少，因而切削温度下降。但前角γo大于18°～ 20°时，楔角βo减小，传热体积减小，对切削温度 的影响减小。
右图为切削塑 性材料时，刀具、 切屑和工件上的温 度分布示意图。由 图可知：
（1）剪切区内，沿剪切面方向上各点温度 几乎相等；而在垂直于剪切面方向上的温度梯度 很大。
（2）前、后刀面的最高温度都不在切削刃 处，而在离切削刃有一定距离的地方。
（3）在切屑厚度方向上的切削温度梯度很 大，靠近前刀面的一层（底层）温度最高，远离 前刀面方向温度下降很快。
（2）主偏角
在背吃刀量ap相同的情况下，主偏角 r增大，主 切削刃的工作长度缩短，刀尖角εr减小，传热面积减 小，切削热相对集中，从而提高了切削温度；反之，
切削热和切削温度的关系
切削热和切削温度的关系
切削热和切削温度的关系：
一、切削热的定义
切削热，又称切削摩擦热，是指钻、刨、扳、铣等类切削工艺过程中，各部件之间所产生的相互摩擦作用所引发的热量。
切削热主要分布在
工件前端工具口部，断层处和口角处，向外延伸到隔水层内部。
二、切削温度的影响因素
1、切削参数：切削参数包括切削速度、进刀量、刀具尺寸以及刀具结
构参数；
2、切削材料特性：材料的物理特性，如材料的硬度、弹性模量、热导
率等，决定了材料的切削热传输率；
3、工件表面状态：工件表面的光洁度或粗糙度也会因受压磨削热中的
切摩擦热而发生变化；
4、切削环境：切削环境变化会影响空气中的切削温度。
所以，切削工
艺中要仔细把握切削温度。
三、切削温度的控制
1、采用合理的切削参数：提高切削速度可以有效减少切削热，调节进刀量可以避免过多的刀具磨损和加大刀具的寿命；
2、采用合理的切削环境：在低温的切削环境中，切削热能够更快地排出，从而降低切削温度；
3、把握切削工件表面温度：切削前，可以根据工件表面温度调整切削参数，使切削温度不过高；
4、利用切削润滑液：切削时，可以使用切削润滑液，它可以对切削前端起到良好的润滑作用，减少切削温度；
5、正确使用刀具：正确使用刀具可以减少不必要的刀具消耗，从而降低切削热，减少切削温度。
四、切削温度的临界值
切削温度的临界值取决于切削材料的性能，一般情况下，普通工件的切削温度临界值一般设定为1000~3000℃，钢材切削的临界值在1500~2500℃，高硬度合金的切削温度不宜超过500℃。
如果切削温度超过了临界值，会导致工件裂痕、烧伤和工具烧毁等问题。
切削热与切削温度分析
切削温度：一般指切屑、工件与刀具接触表面上 的平均温度。
二、温度分布（温度பைடு நூலகம்）
工件：低碳钢；刀具前角30度，后角7度； 切削用量：Vc=22.8mm/min，厚度为0.6mm；干切削。
二、温度分布（温度场）
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----切削速度
随着切削速度 的提高，切削层金 属塑性变形产生的 热量来不及传到工 件与刀具就被切屑 带走了，因此VC提 高1倍，切削温度 仅增加20~33%。
问题：看图说明前角和主偏角对T的影响
四、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响
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
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----进给量f
f 增大，使切 屑的平均变形减少 切屑与前刀面的接 触区长度增加，改 善了散热条件。因 此 ， f 提高一倍， 切削温度仅提高10
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----背吃刀量ap
ap增大，产生的 热量成倍增加。但 是刀刃的工作长度 也增加一倍，大大 改善了散热条件因 此， ap提高一倍切 削温度仅提高3%
（2）刀具几何参数的影响 ----主偏角
主偏角减小时，致使 切削宽度增大，刀 尖角增大，刀具散 热条件改善，有利 于降低切削温度。
三、影响切削温度的主要因素
■ （3）工件材料的影响
工件材料的强度、硬 度越高，切削力越大，切 削时消耗的功也越多，产 生的切削热也越多，切削 温度也就越高。
三、影响切削温度的主要因素
二、温度分布（温度பைடு நூலகம்）
工件：低碳钢；刀具前角30度，后角7度； 切削用量：Vc=22.8mm/min，厚度为0.6mm；干切削。
二、温度分布（温度场）
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----切削速度
随着切削速度 的提高，切削层金 属塑性变形产生的 热量来不及传到工 件与刀具就被切屑 带走了，因此VC提 高1倍，切削温度 仅增加20~33%。
问题：看图说明前角和主偏角对T的影响
四、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响
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
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----进给量f
f 增大，使切 屑的平均变形减少 切屑与前刀面的接 触区长度增加，改 善了散热条件。因 此 ， f 提高一倍， 切削温度仅提高10
三、影响切削温度的主要因素
（1）切削用量的影响 ----背吃刀量ap
ap增大，产生的 热量成倍增加。但 是刀刃的工作长度 也增加一倍，大大 改善了散热条件因 此， ap提高一倍切 削温度仅提高3%
（2）刀具几何参数的影响 ----主偏角
主偏角减小时，致使 切削宽度增大，刀 尖角增大，刀具散 热条件改善，有利 于降低切削温度。
三、影响切削温度的主要因素
■ （3）工件材料的影响
工件材料的强度、硬 度越高，切削力越大，切 削时消耗的功也越多，产 生的切削热也越多，切削 温度也就越高。
三、影响切削温度的主要因素
切削热和切削温度
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、刀具及四周的介质（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）四周介质采纳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%的热量被工件汲取。
二、切削温度的测量测量切削温度的方法许多，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，它简洁、牢靠、使用便利。
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，切削温度将随之上升。
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，缘由是：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。
切削热与切削温度
三、切削热对切削Biblioteka 程的影响切削温度高低决定于产生热量多少和传散热量的 快慢两方面。 快慢两方面。凡是能减小切削过程产生热量的因素 和改善散热条件的因素，都能降低切削温度。 和改善散热条件的因素，都能降低切削温度。 1．工件材料 ．
材料的强度、 材料的强度、硬度高，切削时消耗的切削功率
越多，产生的切削温度也高。如加工合金钢产生的 越多，产生的切削温度也高。 切削温度较加工45钢高 钢高30%； 切削温度较加工 钢高 ； 切削区散热越慢， 材料的导热系数越低，切削区散热越慢，切削 温度越高。不锈钢导热系数较45钢小 钢小3倍 温度越高。不锈钢导热系数较 钢小 倍，故切削时 产生的切削温度多于45钢 产生的切削温度多于 钢40%。 。 脆性金属材料时 由于切屑呈崩碎状， 加工脆性金属材料 加工脆性金属材料时，由于切屑呈崩碎状，与前 面的摩擦较小，切削变形也较小，故产生的切削温 面的摩擦较小，切削变形也较小，故产生的切削温 度较低。 度较低。
切削时所产生的热量由切屑、工件、 切削时所产生的热量由切屑、工件、刀具 分别用Q屑 及周围介质传出，分别用 屑、Q工 、Q 工 刀 、Q介表示。 介表示。 上述切削热产生的产生和传散可以写出平 衡方程式： 衡方程式：
Q=Q弹+Q塑+Q前摩 后摩 弹 塑 前摩 后摩=Q 前摩+Q后摩 屑+Q工+Q刀 +Q介 工 刀 介
§3-3 切削热与切削温度
切削热与切削温度是切削过程中产生的又一重 要物理现象。 要物理现象。切削过程中切削力所作的机械功的绝 大部分将转化成热能，即切削热。 大部分将转化成热能，即切削热。若切削热不及时 传散，则切削区的平均温度将大幅度地上升。 传散，则切削区的平均温度将大幅度地上升。切削 温度的升高，一方面使切削区工件材料的强度、 温度的升高，一方面使切削区工件材料的强度、硬 度下降，且使切削区工件材料的强度、硬度下降， 度下降，且使切削区工件材料的强度、硬度下降， 且使一些耐热性好、脆性大的刀具材料（ 且使一些耐热性好、脆性大的刀具材料（如硬质合 陶瓷材料等）的韧性有所改善， 金、陶瓷材料等）的韧性有所改善，从而使切削过 程进行比较顺利；但另一方面切削温度的升高， 程进行比较顺利；但另一方面切削温度的升高，会 加速刀具的磨损，使工件和机床产生热变形， 加速刀具的磨损，使工件和机床产生热变形，影响 零件的加工精度，造成工件表面的热损伤等。因此， 零件的加工精度，造成工件表面的热损伤等。因此， 研究切削热和切削温度的变化规律， 研究切削热和切削温度的变化规律，是研究金属切 削过程的一个重要方面。 削过程的一个重要方面。
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
金属切削原理PPT课件
在切削加工中，也有用进给速度 来表示进 给运动的。所谓进给速度是刀刃选定点相对于工 件的进给运动的速度，其单位为mm／s。若进给 运动为直线运动，则进给速度在刀刃上各点是相 同的。
３. 背吃刀量 对外圆车削（图１－１） 和平面刨削（图１－２）而言，背吃刀量等于已 加工表面与待加工表面间的垂直距离；其中外圆 车削的背吃刀量：
总之，任何切削加工方法都必须有一个主运 动，可以有一个或几个进给运动。主运动和进给 运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具 单独完成（例如在钻床上钻孔或铰孔）。
二 工件上的加工表面
在切削过程中，通常工件上存在三个表面， 以图１－１的外圆车削和图１－２的平面刨削为 例，它们是：
１．待加工表面 它是工件上即将被切去的
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
（一）刀具在正交平面参考系中的标注角度
刀具标注角度的内容包括两个方面：一是确
定刀具上刀刃位置的角度；二是确定前刀面与后 面位置的角度。以外圆车刀为例（图１－９）， 确定车刀主切削刃位置的角度有二：
主偏角 它是在基面上，主切切削忍与 基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最低的点时， 为负值；反之，当刀尖在主切削刃上为最高的点 时， 为正值。必须指出，这个规定是根据ＩＳ Ｏ标注，同过去某些书上关于正负号的规定恰好 相反。
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
３. 背吃刀量 对外圆车削（图１－１） 和平面刨削（图１－２）而言，背吃刀量等于已 加工表面与待加工表面间的垂直距离；其中外圆 车削的背吃刀量：
总之，任何切削加工方法都必须有一个主运 动，可以有一个或几个进给运动。主运动和进给 运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具 单独完成（例如在钻床上钻孔或铰孔）。
二 工件上的加工表面
在切削过程中，通常工件上存在三个表面， 以图１－１的外圆车削和图１－２的平面刨削为 例，它们是：
１．待加工表面 它是工件上即将被切去的
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
（一）刀具在正交平面参考系中的标注角度
刀具标注角度的内容包括两个方面：一是确
定刀具上刀刃位置的角度；二是确定前刀面与后 面位置的角度。以外圆车刀为例（图１－９）， 确定车刀主切削刃位置的角度有二：
主偏角 它是在基面上，主切切削忍与 基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最低的点时， 为负值；反之，当刀尖在主切削刃上为最高的点 时， 为正值。必须指出，这个规定是根据ＩＳ Ｏ标注，同过去某些书上关于正负号的规定恰好 相反。
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
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金属切削原理 Principle of Metal Cutting
第四章 切削热和切削温度
主要内容
切削热的产生 切削热的影响因素 切削热的测量 切削热的经验公式
§4-1 切削热的来源及其传出
一. 切削热的产生
变形功
刀具
变形功和 摩擦功
变形功和 摩擦功
切削热的组成
Q=Qp+Qf
切削温度与切削热的区别：
切削热仅与热量的产生有关，而 与热量的传出无关
切削温度不仅与热量的产生有关， 而且与热量的传出有关。与切削 热的大小及其传出快慢有关。
一. 影响切削温度的因素
切削用量 刀具几何参数 刀具磨损 工件材料 切削液
1. 切削速度的影响
W=(Fz×V/60) θ 切屑流速加快，摩擦加剧 ξ，故不正比增加 θ= C θ v×Vx
三. 红外测温法
红外测温法的特点
1. 非接触式测量，不破坏工件 2. 测量被测面的温度分布 3. 可以用于非导体材料测量 4. 容易受干扰
本章重点
影响切削热传出的主要因素 影响切削温度的主要因素 切削温度的测量(自然热电偶)
本章习题
第7页 第5，6，7，9，11，13题
ap(mm)
θ (℃) lgθ
1
718 2.856
V=Vo=50
2 755 2.878
f=fo=0.2
3 787 2.896
4 804 2.905
(5) 求出斜率和截距
θ －v
θ －f θ －ap
斜率 0.393 0.194 0.082
截距 157 1044 718
(6)写出三直线方程
lg lg Cv x lg v lg157 0.393 lg v
0.082 p
C 3 500.393 0.20.194 ap0.082 718 ap0.082
C 3 718 0.20.194 500.393 211 .5
(10) 求系数Cθ
C
C 1 C 2 3
C 3
202.9 211.8 211.5 3
0.082 p
C 2 50 0.393 f 0.194 20.082 1044 f 0.194
C 2 1044 500.393 20.082 211 .8
(9) 求系数Cθ3
f=fo=0.2， v=vo=50时
C 3 v0.393
f
a 0.194
Qp变形功 Qf摩擦功
Q=Fz×V/60(J/s)
二. 切削热的传出
Q t刀具
Qc切屑
Q切削热Q w工件Q 介质影响切削热传出的因素
1. 工件材料的导热系数K K 工件和切屑传出热量 切削区域温
度 工件升温快 K 工件和切屑传出热量 切削区域温
度 刀具磨损快 2. 刀具材料的导热系数Kt Kt 刀具传出热量多切削区域温度
1. 测温原理
两种不同的导体（半导 体）在其热端和冷端之 间由于电子的能量不同 而形成一个热电势，记 录电热势的数值，通过 事先标定的热电势标定 曲线，折算出温度。
热端θ
冷端θ0
冷端θ0
mv
中间导体定律当中间有第三金属的时候，只要金属 两端温度相等，不影响整个回路的电动势
均匀导体定律两导线材料相同，不产生电动势
变形 工件材料：强度，导热系数 θ 切削液：热容和导热性 θ
二. 温度经验公式的建立 1. 确定试验条件
校准测力仪，固定工件材料(TC4)、 刀具材料、刀具几何参数等实验 条件
(2) 固定f ,ap ，测量V与θ关系
固 (V定=4f0=,f5o=0,06.20，, 70a)p，=a测po=出2改并变记V录不同 V 对应的切削温度θ ，在双对数坐 标图上绘出lgθ =f(V)关系图
4. 补偿电路
外加一个与附加热电偶值相等 而极性相反的热电势，其大小 随刀片的温度改变而改变
5. 热电偶的标定
6. 热电偶的快速标定
镍铬
试件C
镍铝
EAB:镍铬镍铝标准热 电偶
A
B EAC:待定热电偶
EAC
EAB
二. 人工热电偶
人工热电偶的特点
1. 需要破坏工件或刀具实用性差 2. 不能得到切削区域的温度分布 3. 不能得到接触面积的平均温度 4. 可是用在陶瓷等非导体上
f
a 0.194 0.082 p
C1 v0.393 0.20.194 20.082
157 v0.393
C1 157 0.20.194 20.082 202 .9
(8) 求系数Cθ2
v=vo=50， ap=apo=2时
C 2 v0.393
f
a 0.194
喷雾冷却 内压 加压
三. 切屑、工件和刀具上的温度分布
θ θ θ > >
前刀面
切屑
工件
•切屑底部θ 高；离底线越 远θ 越低
•前刀面上离 切削刃一定距 离A处温度最 高
•工件上最高温度 在刀尖与工件接 触附近，
A
•后刀面温度一 般比前刀面低
工件材料性质与切削温度的分布
§4-2 影响切削温度的主要因素
θ不明显 θ= Cθap×apZ
综上所述
影响程度V>f>ap 从θ看，选大的ap和f比大的V有利
4. 切削温度经验公式
θ= CθVx×fy×apZ Cθ:系数，取决于工件材料 x,y,z:指数，反应该因素对θ的影响程度，
x>y>z
5.其他因素对θ的影响
刀具几何参数：γθ;κγ θ 刀具磨损：磨损 变形 磨损
208.7
(11) 得经验公式
208.7v0.393 f 0.194 ap0.082
§4-3切削热的测量
自然热电偶法 人工热电偶法 红外测温法
一. 自然热电偶
利用不同化学成分的工件和刀具材料组成， 热电偶的两极分别与机床绝缘，构成热点 回路，根据温差电动势测定刀具温度。
lg lg C f y lg f lg1044 0.194 lg f
lg lg Cap z lg ap lg 718 0.082lg ap
C
v0.393
f
0.194
a
0.082 p
(7) 求系数Cθ1
f=fo=0.2， ap=apo=2时
C1 v0.393
f(mm) θ (℃)
lgθ
V=Vo=50 ap = apo= 2
0.2
0.3
0.4
0.1
758
856
882
654
2.816 2.88 2.932 2.945
(4) 固定V, f, 测量 ap与θ关系
固定V=Vo=50，f=fo=0.2,改变ap(ap =1,2,3,4)， 测出并记录不同ap对应的切削温度θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(ap)关系图
v(m/min) θ (℃ )
lgθ
f = fo= 0.2 ap=apo=2
40
50
60
695
758
815
2.842
2.88
2.91
70 863 2.936
(3)固定V,ap, 测量f 与θ关系
固定V=Vo=50， ap = apo =2,改变f(f=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)，测出并记录不同f对应的切削稳定θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(f)关系图
2. 进给量的影响
f θ ，但增速较慢 f F ，但是F的增加为f的68％-86％,所
以热量的增加没有f增加快 f ac 切屑的热容 由切屑带走的热
量 切削温度较慢 θ=Cθf×fy
3. 切削深度的影响
随着ap增加，θ增加不明显 ap F 产生热量正比增加 ap 切削刃工作长度，改善了散热条件
影响切削热传出的因素
3. 刀具的散热面积 散热面积主要是前后刀面与切屑工件的接
触面积。 散热面积 热量不易传出 aw散热面积正比增大 ac散热面积稍有增大 工件硬度切屑与前刀面接触面积
散热面积
影响切削热传出的因素
4. 周围介质的状况 性能良好的冷却液 良好的冷却方式
2. 组成
热电势的计算
EABC=eAB(θ)±eBC (θ0) ±eAC(θ1)
注意点
1. 工件与刀具都必须与机床绝缘 2. 导线与工件或刀具的连接点需保持在室温，
以免产生附加电动势 3. 不同的刀片与不同的工件材料应进行专门
标定
3. 特点
简单易行； 可以测得接触面的平均温度； 不能最高温度位置 不能测非导体，不能测量温度分布
第四章 切削热和切削温度
主要内容
切削热的产生 切削热的影响因素 切削热的测量 切削热的经验公式
§4-1 切削热的来源及其传出
一. 切削热的产生
变形功
刀具
变形功和 摩擦功
变形功和 摩擦功
切削热的组成
Q=Qp+Qf
切削温度与切削热的区别：
切削热仅与热量的产生有关，而 与热量的传出无关
切削温度不仅与热量的产生有关， 而且与热量的传出有关。与切削 热的大小及其传出快慢有关。
一. 影响切削温度的因素
切削用量 刀具几何参数 刀具磨损 工件材料 切削液
1. 切削速度的影响
W=(Fz×V/60) θ 切屑流速加快，摩擦加剧 ξ，故不正比增加 θ= C θ v×Vx
三. 红外测温法
红外测温法的特点
1. 非接触式测量，不破坏工件 2. 测量被测面的温度分布 3. 可以用于非导体材料测量 4. 容易受干扰
本章重点
影响切削热传出的主要因素 影响切削温度的主要因素 切削温度的测量(自然热电偶)
本章习题
第7页 第5，6，7，9，11，13题
ap(mm)
θ (℃) lgθ
1
718 2.856
V=Vo=50
2 755 2.878
f=fo=0.2
3 787 2.896
4 804 2.905
(5) 求出斜率和截距
θ －v
θ －f θ －ap
斜率 0.393 0.194 0.082
截距 157 1044 718
(6)写出三直线方程
lg lg Cv x lg v lg157 0.393 lg v
0.082 p
C 3 500.393 0.20.194 ap0.082 718 ap0.082
C 3 718 0.20.194 500.393 211 .5
(10) 求系数Cθ
C
C 1 C 2 3
C 3
202.9 211.8 211.5 3
0.082 p
C 2 50 0.393 f 0.194 20.082 1044 f 0.194
C 2 1044 500.393 20.082 211 .8
(9) 求系数Cθ3
f=fo=0.2， v=vo=50时
C 3 v0.393
f
a 0.194
Qp变形功 Qf摩擦功
Q=Fz×V/60(J/s)
二. 切削热的传出
Q t刀具
Qc切屑
Q切削热Q w工件Q 介质影响切削热传出的因素
1. 工件材料的导热系数K K 工件和切屑传出热量 切削区域温
度 工件升温快 K 工件和切屑传出热量 切削区域温
度 刀具磨损快 2. 刀具材料的导热系数Kt Kt 刀具传出热量多切削区域温度
1. 测温原理
两种不同的导体（半导 体）在其热端和冷端之 间由于电子的能量不同 而形成一个热电势，记 录电热势的数值，通过 事先标定的热电势标定 曲线，折算出温度。
热端θ
冷端θ0
冷端θ0
mv
中间导体定律当中间有第三金属的时候，只要金属 两端温度相等，不影响整个回路的电动势
均匀导体定律两导线材料相同，不产生电动势
变形 工件材料：强度，导热系数 θ 切削液：热容和导热性 θ
二. 温度经验公式的建立 1. 确定试验条件
校准测力仪，固定工件材料(TC4)、 刀具材料、刀具几何参数等实验 条件
(2) 固定f ,ap ，测量V与θ关系
固 (V定=4f0=,f5o=0,06.20，, 70a)p，=a测po=出2改并变记V录不同 V 对应的切削温度θ ，在双对数坐 标图上绘出lgθ =f(V)关系图
4. 补偿电路
外加一个与附加热电偶值相等 而极性相反的热电势，其大小 随刀片的温度改变而改变
5. 热电偶的标定
6. 热电偶的快速标定
镍铬
试件C
镍铝
EAB:镍铬镍铝标准热 电偶
A
B EAC:待定热电偶
EAC
EAB
二. 人工热电偶
人工热电偶的特点
1. 需要破坏工件或刀具实用性差 2. 不能得到切削区域的温度分布 3. 不能得到接触面积的平均温度 4. 可是用在陶瓷等非导体上
f
a 0.194 0.082 p
C1 v0.393 0.20.194 20.082
157 v0.393
C1 157 0.20.194 20.082 202 .9
(8) 求系数Cθ2
v=vo=50， ap=apo=2时
C 2 v0.393
f
a 0.194
喷雾冷却 内压 加压
三. 切屑、工件和刀具上的温度分布
θ θ θ > >
前刀面
切屑
工件
•切屑底部θ 高；离底线越 远θ 越低
•前刀面上离 切削刃一定距 离A处温度最 高
•工件上最高温度 在刀尖与工件接 触附近，
A
•后刀面温度一 般比前刀面低
工件材料性质与切削温度的分布
§4-2 影响切削温度的主要因素
θ不明显 θ= Cθap×apZ
综上所述
影响程度V>f>ap 从θ看，选大的ap和f比大的V有利
4. 切削温度经验公式
θ= CθVx×fy×apZ Cθ:系数，取决于工件材料 x,y,z:指数，反应该因素对θ的影响程度，
x>y>z
5.其他因素对θ的影响
刀具几何参数：γθ;κγ θ 刀具磨损：磨损 变形 磨损
208.7
(11) 得经验公式
208.7v0.393 f 0.194 ap0.082
§4-3切削热的测量
自然热电偶法 人工热电偶法 红外测温法
一. 自然热电偶
利用不同化学成分的工件和刀具材料组成， 热电偶的两极分别与机床绝缘，构成热点 回路，根据温差电动势测定刀具温度。
lg lg C f y lg f lg1044 0.194 lg f
lg lg Cap z lg ap lg 718 0.082lg ap
C
v0.393
f
0.194
a
0.082 p
(7) 求系数Cθ1
f=fo=0.2， ap=apo=2时
C1 v0.393
f(mm) θ (℃)
lgθ
V=Vo=50 ap = apo= 2
0.2
0.3
0.4
0.1
758
856
882
654
2.816 2.88 2.932 2.945
(4) 固定V, f, 测量 ap与θ关系
固定V=Vo=50，f=fo=0.2,改变ap(ap =1,2,3,4)， 测出并记录不同ap对应的切削温度θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(ap)关系图
v(m/min) θ (℃ )
lgθ
f = fo= 0.2 ap=apo=2
40
50
60
695
758
815
2.842
2.88
2.91
70 863 2.936
(3)固定V,ap, 测量f 与θ关系
固定V=Vo=50， ap = apo =2,改变f(f=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)，测出并记录不同f对应的切削稳定θ ，在双 对数坐标图上绘出lgθ =f(f)关系图
2. 进给量的影响
f θ ，但增速较慢 f F ，但是F的增加为f的68％-86％,所
以热量的增加没有f增加快 f ac 切屑的热容 由切屑带走的热
量 切削温度较慢 θ=Cθf×fy
3. 切削深度的影响
随着ap增加，θ增加不明显 ap F 产生热量正比增加 ap 切削刃工作长度，改善了散热条件
影响切削热传出的因素
3. 刀具的散热面积 散热面积主要是前后刀面与切屑工件的接
触面积。 散热面积 热量不易传出 aw散热面积正比增大 ac散热面积稍有增大 工件硬度切屑与前刀面接触面积
散热面积
影响切削热传出的因素
4. 周围介质的状况 性能良好的冷却液 良好的冷却方式
2. 组成
热电势的计算
EABC=eAB(θ)±eBC (θ0) ±eAC(θ1)
注意点
1. 工件与刀具都必须与机床绝缘 2. 导线与工件或刀具的连接点需保持在室温，
以免产生附加电动势 3. 不同的刀片与不同的工件材料应进行专门
标定
3. 特点
简单易行； 可以测得接触面的平均温度； 不能最高温度位置 不能测非导体，不能测量温度分布