切削熱和切削溫度
一 切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)
被切削的金屬在刀具的作用下,發(fā)生彈性和塑性變形而耗功容蕉,這是切削熱的一個重要來源惯斥。此外,切屑與前刀面丽阎、工件與后刀面之間的摩擦也要耗功纳倚,也產(chǎn)生出大量的熱量。因此谴垫,切削時共有三個發(fā)熱區(qū)域章母,即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)翩剪、后刀面與過渡表面接觸區(qū)乳怎,如圖示,三個發(fā)熱區(qū)與三個變形區(qū)相對應(yīng)前弯。所以蚪缀,切削熱的來源就是切屑變形功和前、后刀面的摩擦功恕出。
二 切削溫度的測量
盡管切削熱是切削溫度上升的根源询枚,但直接影響切削過程的卻是切削溫度违帆,切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。前刀面的平均溫度可近似地認(rèn)為是剪切面的平均溫度和前刀面與切屑接觸面摩擦溫度之和金蜀。
三 影響切削溫度的主要因素
根據(jù)理論分析和大量的實(shí)驗研究知刷后,切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)渊抄、工件材料尝胆、刀具磨損和切削液的影響,以下對這幾個主要因素加以分析紧寺。
1. 切削用量的影響
分析各因素對切削溫度的影響燎拟,主要應(yīng)從這些因素對單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量和傳出的熱量的影響入手。如果產(chǎn)生的熱量大于傳出的熱量虾脆,則這些因素將使切削溫度增高享秒;某些因素使傳出的熱量增大,則這些因素將使切削溫度降低压伸。切削速度對切削溫度影響最大蛆古,隨切削速度的提高,切削溫度迅速上升鳞乏。而背吃力量ap變化時舔伴,散熱面積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化,故ap對切削溫度的影響很小绝绊。
2. 刀具幾何參數(shù)的影響
切削溫度θ隨前角γo的增大而降低溃柑。這是因為前角增大時,單位切削力下降收斑,使產(chǎn)生的切削熱減少的緣故稀境。但前角大于18°~20°后,對切削溫度的影響減小据德,這是因為楔角變小而使散熱體積減小的緣故鳄乏。主偏角Κr減小時,使切削寬度aw增大棘利,切削厚度ac減小橱野,故切削溫度下降。負(fù)倒棱bγ1在(0-2)f范圍內(nèi)變化善玫,刀尖圓弧半徑re在0-1.5mm范圍內(nèi)變化水援,基本上不影響切削溫度。因為負(fù)倒棱寬度及刀尖圓弧半徑的增大蝌焚,會使塑性變形區(qū)的塑性變形增大裹唆,但另一方面這兩者都能使刀具的散熱條件有所改善,傳出的熱量也有所增加只洒,兩者趨于平衡许帐,所以對切削溫度影響很小。
3. 刀具磨損的影響
在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后毕谴,對切削溫度的影響增大成畦;切削速度愈高,影響就愈顯著霉尊。合金鋼的強(qiáng)度大堆浴,導(dǎo)熱系數(shù)小,所以切削合金鋼時刀具磨損對切削溫度的影響督赡,就比切碳素鋼時大哭逻。
4. 切削液的影響
切削液對切削溫度的影響,與切削液的導(dǎo)熱性能磷可、比熱躬筐、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關(guān)系荸刁。從導(dǎo)熱性能來看帅忌,油類切削液不如乳化液,乳化液不如水基切削液态措。
四 切削溫度的分布
1. 剪切面上各點(diǎn)溫度幾乎相同此幕。
2. 前刀面和后刀面上的最高溫度都不在刀刃上,而是在離刀刃有一定距離的地方桑抱。
3. 在剪切區(qū)域中签缸,垂直剪切面方向上的溫度梯度很大。
4. 在切屑靠近前刀面的一層(簡稱底層)上溫度梯度很大左腔,離前刀面0.1-0.2mm唧垦,溫度就可能下降一半。
5. 后刀面的接觸長度較小翔悠,因此溫度的升降是在極短時間內(nèi)完成的业崖。
6. 工件材料塑性越大,則前刀面上的接觸長度愈大蓄愁,切削溫度的分布也就較均勻些双炕;反之,工件材料的脆性愈大撮抓,則最高溫度所在的點(diǎn)離刀刃愈近妇斤。
7. 工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈低,則刀具的前丹拯、后刀面的溫度愈高站超。
五 切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響
切削溫度高是刀具磨損的主要原因乖酬,它將限制生產(chǎn)率的提高死相;切削溫度還會使加工精度降低洪洪,使已加工表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及其它缺陷。
1. 切削溫度對工件材料強(qiáng)度和切削力的影響
切削時的溫度雖然很高丘三,但是切削溫度對工件材料硬度及強(qiáng)度的影響并不很大极谚;剪切區(qū)域的應(yīng)力影響不很明顯。
2. 對刀具材料的影響
適當(dāng)?shù)靥岣咔邢鳒囟刃硐剑瑢μ岣哂操|(zhì)合金的韌性是有利的疲些。
3. 對工件尺寸精度的影響
4. 利用切削溫度自動控制切削速度或進(jìn)給量
5. 利用切削溫度與切削力控制刀具磨損
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