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
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
金属切削过程之切削热和切削温度
切削温度对切削变形的影响
❖ 对工件尺寸精度的影响：由于工件受热膨胀， 冷却后尺寸变小，切削时产生的热直接影响 加工精度。
❖ 对刀具材料的影响：
对于硬质合金，其强度和韧性在800~1000℃ 时反而会变得更好，因此适当提高温度可提 高韧性，提高刀具耐用度。 对于高速钢刀具，如果温度达到600 ℃左右， 加工性能基本失效
重庆松溉职校 李正波
切削热的来源
❖切削变形 ❖前刀面摩擦
❖后刀面摩擦
切屑 刀具
工件
图3-19 切削热的来源与传出
切削热的传导
加工 方式
切屑
工件
刀具
介 质
车 削
50%～86%
40%～10%
9%～3% 1%
钻 削
28%
14.5%
52.5% 5%
切削温度
❖ 切削温度一般是指切屑与前刀面接触区域 （切削区）的平均温度
切削宽度
Hale Waihona Puke 散热条件切削 温度
刀具磨损
❖ 刀具磨损后切削刃变钝，刃区前方的挤压作 用增大，使切削区金属的塑性变形增加；
❖ 同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件 与后刀面的摩擦加大，两者均使产生的切削 热增多。
❖ 所以，刀具的磨损是影响切削温度的重要因 素。
冷却液
❖ 使用适当的切削液可明显降低切削温度
影响切削温度的因素
❖切削用量
影响最大的是vc，其实是f，影响最小的是ap
随着切削速度的提高，切削温度将明显上升。
随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，
切削过程产生的切削热也增多，使切削温度上升。
❖工件材料
工件材料的强度、硬度 工件材料的导热性
切削温度 切削温度
切削热与切削温度技术
三 、影响切削温度的主要因素
（ 1）切削用量的影响
高速钢刀具 硬质合金刀具
三 、影响切削温度的主要因素
（ 1）切削用量的影响
切削用量三要素对切削温度的影响vc＞f
它们对切削力的影响程度正好相反 。在控制切削温度 的前提下提高加工效率 , 应在机床允许的条件下 , 选 用比较大的背吃刀量 ap 和进给量f, 这比选用大的切
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 切削温度仅提高10%
善了散热条件 。 因
此 , f提高一倍,
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
问题: 看图说明前角和主偏角对T的影响
五 、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
二 、温度分布（温度场）
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%。
三 、影响切削温度的主要因素
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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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； 二是切屑与前刀 面、工件与后刀 面间产生的摩擦 热。
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
y
x（ 2 22）
式中： ——刀具c 与切屑接p触平均温度（C ）；
C ——切削温度系数;
vc ——切削速度（m/min）;
f ——进给量（mm/r）;
ap ——背吃刀量（mm）;
v z y x a ,
,
——分别为的
c 、f 、 p指数。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
1. 切削用量对切削温度的影响
C v f a
z
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 图 （2）主偏角 r对切削温度的影响 图
3．工件材料对切削温度的影响
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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