浅析切削加工中影响切削温度的主要因素
第二章第三节_切削力与切削温度
1000
Fz C f f
y FZ
a2 yFz tg 2 0.84 b2
f 1处Fz 177，得： C f 177
a2
b2
Fz 177 f
1
lg Fz yFz lg f lg C f
θ
2
0.84
2、 切削力经验公式
Fz 60 a p (f=0.3mm) 0.84 (ap=1mm) Fz 177 f
4 243.2
1000
Fz Ca p a p z
a1 xFz tg1 1 b1
a1
xF
a p 1处Fz 60，得： Ca p 60
b1
lg Fz xFz lg a p lg Ca p
θ
1
Fz 60 a p
2) 固定吃刀深度 ap=1mm ，仅改变进给量 f 进行实验， 求进给量f对切削力的影响。 假设主切削力Fz与进给量f的关系
αo
γ o
二 切削热与切削温度
Cutting Heat and Cutting Temperature
切削热和由它产生的切削温度会使整个工 艺系统的温度升高，一方面会引起工艺系统的 变形，另一方面会加速刀具的磨损，从而影响 工件的加工精度、表面质量及刀具的耐用度。
1、 切削热的产生和传导
切削热的产生
（2）进给量f 随着进给量的增大，金属切除量
增多，切削热增加，使切削温度上升。但单位切 削力和单位切削功率随f的增大而减小，切除单位 体积金属产生的热量也减小；另外，f增大使切屑 变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增 加，故切削区的温度上升得不显著。
（3）背吃刀量ap 背吃刀量ap对切削温度的影响
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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浅析切削加工中影响切削温度的主要因素
浅析切削加工中影响切削温度的主要因素摘要：在金属切削加工中，切削温度是一个难以回避的重要问题，而影响切削温度的因素主要是刀具参数和被加工材料等。
本文主要从切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料等几个方面进行分析和阐述，从而了解这些因素在切削加工时所产生的切削温度所带来的影响。
关键词：切削用量几何参数刀具磨损工件材料在金属切削的过程中刀具进行切削所消耗的功率大部分都转变为了热能。
研究数据表明，切削过程中所需消耗掉的能量绝大部分都是要转换成热量的，而在这一过程中，所产生的切削热会让整个切削区域的温度逐渐地变高，进而影响到整个刀具的磨损和工件的尺寸精度并造成零件废品的出现。
所以，我们对切削温度进行研究将对提高生产效率和产品质量有着重要的意义。
下面就着手分析影响切削温度的主要因素。
一、切削用量对切削温度的影响1.切削速度切削时，我们将切削速度不断提高，这时切削温度数值会明显地上升。
因为切屑在通过前刀面时高速的流出，它们之间会这个过程中发生剧烈的摩擦并随之产生大量的切削热能，如果将切削速度设定在很高的数值，就会在较短的时间范围内，因摩擦生成的热量就不能及时向切屑自身传导，而将大量切削热积聚在刀具和工件上，使它们之间相接触位置的切削温度极大地升高。
2.进给量当我们增大进给量时，在一定的时间范围内金属材料的切除量将会不断地增多，这时切削热会急剧地增多，切削温度也就会不断地上升。
与切削速度相比较，进给量在增大时，切削温度不会随着幅度值的升高而显著提高很多。
3.背吃刀量研究表明，在切削用量中背吃刀量在切削时对切削温度的影响是非常小的。
因为背吃刀量在增大之后，在切削区域所产生的热量虽然会成正比例的增加，但是整个切削刃的工作长度在这时会参与到切削加工中去，从而改善切削的散热条件，因此在这个过程中切削温度并不会显著地升高。
由上可知，刀具磨损和寿命受到切削温度的影响很较大，为能够有效地将切削温度控制在一定的范围内以提高刀具寿命，就需选择较大的背吃刀量和进给量，而选择一个合理的的切削速度来控制切削温度，提高刀具使用寿命，从而提升加工效率。
淮阴工学院机械制造基础题库部分解答题答案
1 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？切削用量是指切削速度 v c 、进给量 f （或进给速度 v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。
它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数.关系：切削层公称厚度h: r K f h sin = ; 切削层公称宽度b: r p K a b sin = ; 切削层公称横截面积A ：p fa hb A ==3 刀具标注角度参考系是由哪些参考平面构成的，如何定义?基面Pr ：通过切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面切削平面Ps ：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直与基面的平面正交平面0p ：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直与基面和切削平面的平面6 切断车削时，进给运动怎样影响刀具工作角度?横向进给车削：当进给量f 增大，则η值增大，当瞬时直径d 减小，η值也增大。
车削至接近工件中心时，η值增长很快，工作后角由正变负，使工件最后被挤断。
纵向进给车削：进给量f 越大，工件直径dw 越小，工作角速度值的变化就越大。
一般η值不超过30°到40° 7 镗内孔时，刀具安装高低怎样影响刀具工作角度?刀尖高于工件轴线时，工作前角oe γ减小，工作后角oe α增大；刀尖时情况相反。
8 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能？高的硬度；高的耐磨性；足够的强度和韧性；高的耐热性；良好的导热性和耐热冲击性能；经济性9 常用的硬质合金有哪几类？如何选用？P51K 类，M 类，P 类。
具体参见p5110 什么是积屑瘤？它对切削过程有什么影响？如何控制积屑瘤的产生？P17在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角形的硬块，这块冷焊在前刀面上的金属是积屑瘤。
影响：增大前角；切削厚度；增大已加工表面粗糙度；影响刀具使用寿命。
刀具前后角对切削力和切削温度的影响
Ｔｈｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｏ ｌ ａ ｎｇ ｌ ｅ ｓ ｏ ｎ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ
ＸＩ ＡＮ Ｃｈ ｅ ｎ ｇ Ｊ ｉ ， Ｐ Ｉ ＡＯ Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ， ＹＩ Ｎ Ｆｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｅ
Ｏ，
为２ ５ ０ ０ ０ ， 刀具 网格数设 置 为 ２ ０ ０ ０ ０ ． 为 了保证 计
５， Ｏ ． ８ １ ３ Ｏ．
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３—０ ８—２ ７
作者简 介 ： 咸成吉 （ １ ９ ６ ８ 一） ， 男， 博士 ， 讲师 ， 研究 方向为机械 Ｃ Ａ Ｄ／ Ｃ ＡＥ 、 金 属 切 削 技 术
２ ９ Ｏ
延 边大学学报（ 自然 科 学 版 ）
第 ３ ９卷
后在有 限元 软 件 中 完 成有 限元 几 何 模 型 ， 如图 １ 所 示． 工件 长 为 ２ ０ ｍｍ， 高为 ４ ｍｍ， 宽为 ３ ｍｒ ｎ ，
等诸 多 问题 ， 在 实 际操 作 中不 易 获 得 准 确 的测试
数据 且试 验 费用 也 较 高 ， 因此 目前 普 遍 采 用 有 限 元方 法进 行切 削加 工方 面 的研究 ［ １ 。 ］ ． 在金 属 切 削
优 化切 削加 工提供 有用 的数 值依 据．
加工 中 ， 刀具 几何 角度 是 影 响切 削 力 和 切 削 温度 的重 要 因素． 李伟 等 采用 有 限元方 法 ， 对 不 同切 削前 角 的切削 力 、 切削 温度 、 应力 应 变分 布情 况进 行 了研究 ． 尹 元 德 等 ］ 研 究 了刀具 前 角 与切 削力 和切 削温 度 的关 系 问题 ． 李 玉 平 等 研 究 了刀 具 前 角 及后 角对 应力 的影 响． 本文 以 ４ ５号 钢 的切削
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
(完整版)机械制造技术基础(第2版)第二章课后习题答案(2)
《机械制造技术基础》部分习题参考解答第二章 金属切削过程2-1 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？ 答：切削用量三要素是指切削速度v 、进给量f 、背吃刀量a p （切削深度）。
在外圆车削中，它们与切削层参数的关系是：sin /sin D rD p r D ph f b a A fa κκ===切削层公称厚度： 切削层公称宽度： 切削层公称横截面积：2-2 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要几个基本角度？试画图标出这些基本角度。
答：确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要7个基本角度：前角、后角、主偏角、副偏角、副前角、副后角和刃倾角，这些基本角度如下图所示（其中副前角、副后角不做要求）。
2-3 试述刀具标注角度和工作角度的区别。
为什么车刀作横向切削时，进给量取值不能过大？答：刀具标注角度是在静态情况下在刀具标注角度参考系中测得的角度；而刀具工作角度是在刀具工作角度参考系中（考虑了刀具安装误差和进给运动影响等因素）确定的刀具角度。
车刀作横向切削时，进给量取值过大会使切削速度、基面变化过大，导致刀具实际工作前角和工作后角变化过大，可能会使刀具工作后角变为负值，不能正常切削加工（P23）。
2-4 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能？答：（P24）(1) 高的硬度和耐磨性；(2) 足够的强度和韧性；(3) 高耐热性；(4) 良好的导热性和耐热冲击性能；(5)良好的工艺性。
2-5 常用的硬质合金有哪几类？如何选用？答：（P26）常用的硬质合金有三类：P类（我国钨钴钛类YT），主要用于切削钢等长屑材料；K类（我国钨钴类YG），主要用于切削铸铁、有色金属等材料；M类（我国通用类YW），可以加工铸铁、有色金属和钢及难加工材料。
2-6 怎样划分切削变形区？第一变形区有哪些变形特点？答：切削形成过程分为三个变形区。
第一变形区切削层金属与工件分离的剪切滑移区域，第二变形区前刀面与切屑底部的摩擦区域；第三变形区刀具后刀面与已加工表面的摩擦区域。
机械制造技术基础复习题答案 (1)
一、填空题
1.机械制造中的三种成形方法为()，受迫成形，堆积成形。
2．零件表面发生线的4种形成方法是：轨迹法、成形法、（）、范成法。
3．在车床上钻孔时，工件的旋转是主运动，钻头的直线移动是（）。
4．在钻床上钻孔时，()是主运动，钻头的直线移动是进给运动。
5.常见的切屑种类有()、节状切屑和崩碎切屑。
A、8种B、6种C、5种D、3种
14. 零件加工时，粗基准面一般为：
A、工件未经加工的毛坯表面；B、工件的已加工表面；C、工件的待加工表面；D、工件的过渡表面；
15.工程上常讲的“一面两孔”定位，一般限制了工件的自由度个数是：
A、3个B、4个C、5个D、6个
16.普通机床床身的毛坯多采用：
A、铸件B、锻件C、焊接件D、冲压件。
27.正态分布曲线中σ值减小则工件的尺寸分散范围（）。
A 增大 B 减小 C 不变 D 无规律变化
28.工艺系统刚度等于工艺系统各组成环节刚度（）。
A之和B之和的倒数C倒数之和D倒数之和的倒数
29.在工艺尺寸链中，在装配过程中最后形成的或在加工过程中间接获得的那一环称为（）。
A.组成环B.封闭环C.增环 D. 减环
8.机械装配的基本作业包括清洗、联接、（）、校正及调整、验收试验等。
A.检测B.平衡C.加工D.修配
9.直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间是：
A.基本时间B.辅助时间C.作业时间D.工序时间
10.某工序的加工尺寸为正态分布，但分布中心与公差中点不重合，则可以认为：
4.重复定位：
5. 完全定位：
6.机械加工精度
：
7.误差复映规律：
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浅析切削加工中影响切削温度的主要因素
发表时间：2018-01-15T12:14:25.140Z 来源：《知识－力量》2017年10月上作者：潘勇吴志慧
[导读] 本文主要从切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料等几个方面进行分析和阐述，从而了解这些因素在切削加工时所产生的切削温度所带来的影响。
潘勇吴志慧
重庆市机械高级技工学校
摘要：在金属切削加工中，切削温度是一个难以回避的重要问题，而影响切削温度的因素主要是刀具参数和被加工材料等。
本文主要从切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料等几个方面进行分析和阐述，从而了解这些因素在切削加工时所产生的切削温度所带来的影响。
关键词：切削用量几何参数刀具磨损工件材料
在金属切削的过程中刀具进行切削所消耗的功率大部分都转变为了热能。
研究数据表明，切削过程中所需消耗掉的能量绝大部分都是要转换成热量的，而在这一过程中，所产生的切削热会让整个切削区域的温度逐渐地变高，进而影响到整个刀具的磨损和工件的尺寸精度并造成零件废品的出现。
所以，我们对切削温度进行研究将对提高生产效率和产品质量有着重要的意义。
下面就着手分析影响切削温度的主要因素。
一、切削用量对切削温度的影响
1.切削速度
切削时，我们将切削速度不断提高，这时切削温度数值会明显地上升。
因为切屑在通过前刀面时高速的流出，它们之间会这个过程中发生剧烈的摩擦并随之产生大量的切削热能，如果将切削速度设定在很高的数值，就会在较短的时间范围内，因摩擦生成的热量就不能及时向切屑自身传导，而将大量切削热积聚在刀具和工件上，使它们之间相接触位置的切削温度极大地升高。
2.进给量
当我们增大进给量时，在一定的时间范围内金属材料的切除量将会不断地增多，这时切削热会急剧地增多，切削温度也就会不断地上升。
与切削速度相比较，进给量在增大时，切削温度不会随着幅度值的升高而显著提高很多。
3.背吃刀量
研究表明，在切削用量中背吃刀量在切削时对切削温度的影响是非常小的。
因为背吃刀量在增大之后，在切削区域所产生的热量虽然会成正比例的增加，但是整个切削刃的工作长度在这时会参与到切削加工中去，从而改善切削的散热条件，因此在这个过程中切削温度并不会显著地升高。
由上可知，刀具磨损和寿命受到切削温度的影响很较大，为能够有效地将切削温度控制在一定的范围内以提高刀具寿命，就需选择较大的背吃刀量和进给量，而选择一个合理的的切削速度来控制切削温度，提高刀具使用寿命，从而提升加工效率。
二、刀具几何参数对切削温度的影响
1.前角γo 切削过程中的工件的变形以及刀具之间的摩擦会因前角的大小而发生变化，当前角加大，切削温度就会降低;反之切削温度就会升高。
当前角选择在20°左右时，此时切削温度的影响会小很多，原因是楔角发生变小的情况促使散热面积减小。
所以刀具前角的选择将会对切削温度产生比较大的影响。
2.主偏角κr 当我们将主偏角进行加大后，这时刀具切削刃的实际工作长度就会变短，而造成切削热集中在一定的范围内;但如果刀尖角这时减小，就会使散热条件变差，造成切削温度上升。
由上可知，当增大刀具的前角，虽然可以使切屑变形加大，切屑与刀具前刀面之间的摩擦值减小，从而达到减少切削热，降低切削温度的效果。
但如果前角选择过于太大，刀具自身的传导热条件也会变得很差，反而造成散热不利的情况，达不到降低切削温度的作用。
而当主偏角选择较小时，切削时实际参与切削的刀刃长度就会增加，这样就能够形成利于散热的条件，从而降低切削温度。
三、刀具磨损对切削温度的影响
在切削进行到一定程度时，刀具慢慢地发生磨损，然后刀刃变钝，金属变形程度增大，此时加工刀具的后刀面在和工件相互接触处的摩擦也会大大的增加，所以，切削温度的上升往往发生在刀具磨损之后。
当后刀面上的磨损量越来越大时，其上升的速度就会越来越快。
我们通过试验得知，在车削加工的过程中，动态的切削温度会随着刀具的磨损增大而快速地升高。
当刀具磨损较小时，动态的切削温度会随刀具的磨损而慢慢地上升，当刀具磨损程度达到一定数值时，在这个过程中会促使其动态切削温度加快上升的速度。
四、工件材料对切削温度的影响
1.当加工材料的硬度、强度数值都很高时，切削时需要消耗的功率自然就会越多，它在这时所产生的切削热也会越多，造成切削温度升高的情况出现。
2.工件材料自身的导热系数值，也会对散热产生直接且明显的影响。
3.在切削脆性材料时，比如说灰铸铁，它在切削时其金属变形的可能性很小，但从金属材料上切除的切屑会呈现出细小的崩碎形状，这样它与刀具前刀面之间产生的摩擦就会变小，故只会产生比较少的切削热，反之，切削塑性材料时产生的切削温度会比脆性材料时的温度高一些。
五、切削液对切削温度的影响
为积极改善刀具和工件之间的散热条件。
在切削加工时，可以浇注一定数量的切削液来有效地降低切削温度。
切削液在生产中除了能够起到冷却作用外，它还能够有效地起润滑、清洗和防生锈的作用。
因此，合理使用切削液能有效地降低切削温度。
综上所述，切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料、切削液对切削温度都会产生重要的影响，进而影响生产加工效率、产品质量以及增加加工成本。
因此，在实际生产加工中，如何降低加工时的切削温度，以此来提高产品质量有着重要的现实意义。
参考文献：
1.张石平，王智明，杨建国．机床刀具可靠性及寿命评估［J].计算机集成制造系统，2015(6)
2.刘战强.先进刀具设计技术：刀具结构、刀具材料与涂层技术[J]. 航空制造技术, 2006(07)。