【編者按】切削熱和由此產(chǎn)生的切削溫度是金屬切削過(guò)程中的一個(gè)重要物理現(xiàn)象帚稠。切削熱的產(chǎn)生與切削溫度的測(cè)量概述誉芙。

大量的切削熱使切削區(qū)域的溫度升高帐捺，直接影響刀具的磨損和壽命嘁老，并影響工件的加工精度和表面質(zhì)量烧乙。切削溫度也可作為自動(dòng)化生產(chǎn)中監(jiān)控因素，所以研究切削熱和切削溫度變化規(guī)律對(duì)生產(chǎn)時(shí)間有重要的意義醉镇。

（一）切削熱的產(chǎn)生和傳出

被切金屬層在刀具的作用下發(fā)生彈性變形和塑性變形辱窘，這是切削熱的一個(gè)來(lái)源。同時(shí)觉祸，切屑與前刀面膝班、工件與后刀面間消耗的摩擦功也將轉(zhuǎn)化為熱能，這是切削熱的又一個(gè)來(lái)源(見(jiàn)圖1)杉硅。

如果忽略后刀面上的摩擦功和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所消耗的功给酥，并假定主運(yùn)動(dòng)所消耗的功全部轉(zhuǎn)化為熱能，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱可算出：

Qc=Fzvc

式中  Qc--每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的切削熱杏死，單位為J/s泵肄；

Fz--主切削力，單位為N淑翼；

vc--切削速度腐巢，單位為m/s。

圖1  切削熱的產(chǎn)生和傳出

（二）切削溫度及其測(cè)量方法

切削溫度一般是指刀具與工件接觸區(qū)域的平均溫度玄括。切削溫度測(cè)量的方法很多冯丙，如圖2所示。目前比較常用的測(cè)量切削溫度的方法是熱電偶法和光熱輻射法遭京。下面將分別進(jìn)行闡述胃惜。

圖2  切削溫度的測(cè)量方法

1.熱電偶法

熱電偶法又分為自然熱電偶法和人工熱電偶法（見(jiàn)表1）。

表1  自然熱電偶與人工熱電偶比較

圖3  自然熱電偶法測(cè)溫示意圖

1.銅頂尖 2.銅銷(xiāo)3.車(chē)床主軸尾部4.工件5.刀具

圖4  人工熱電偶法測(cè)溫示意圖

a）測(cè)前刀面溫度  b）測(cè)工件溫度

要想知道前刀面上的溫度哪雕，還需應(yīng)用傳熱學(xué)的原理和公式進(jìn)行推算船殉。應(yīng)用人工熱電偶法測(cè)溫鲫趁，并輔以傳熱學(xué)計(jì)算所得到的刀具、切屑和工件的切削溫度分布情況（見(jiàn)圖5）利虫。

圖5  切削溫度的分布

a）刀具挨厚、工件和切屑中溫度分布          b）刀具前刀面上溫度分布

加工條件：刀具YT20，vc=600m/min        加工條件：工件30Mn4舔远，ap=3mm弓席，f=0.25mm/r

由圖5可以看出切削溫度的分布規(guī)律：

（1）前刀面上溫度最高處并不在切削刃口處，而在離刃口有一定距離的位置陌贾，工件材料塑性越大转是，距離刃口越遠(yuǎn)，反之越近现辑。這是因?yàn)闊崃垦厍暗睹嬗袀€(gè)積累過(guò)程母掀，這也是刀具磨損嚴(yán)重之處挤帕；

（2）切屑底層的溫度梯度最大扳耘，說(shuō)明摩擦熱集中在切屑底層與前刀面接觸處。

2.光熱輻射法

除了熱電偶測(cè)溫法贤泥，采用觀(guān)察刀具或零件切削前后金相組織變化的方法也能判定切削溫度液茧，但這兩種方法并不直觀(guān)，而且觀(guān)察和分析的工作量較大练缴。近來(lái)也更多的是使用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀或光能電池測(cè)量切削溫度缚庐。熱像儀就是利用紅外線(xiàn)原理來(lái)測(cè)量切削溫度的，它是通過(guò)非接觸探測(cè)紅外熱量霎挟，并將其轉(zhuǎn)換生成熱圖像和溫度值窝剖，進(jìn)而顯示在顯示器上，并可以對(duì)溫度值進(jìn)行計(jì)算的一種檢測(cè)設(shè)備酥夭。如圖6是用熱像儀測(cè)溫的現(xiàn)場(chǎng)演示圖赐纱。圖1-30是利用熱像儀的配套軟件采集到的切削溫度場(chǎng)圖，軟件可以將切削過(guò)程以紅外影像采集下來(lái)熬北，在確定準(zhǔn)確的發(fā)射率情況下疙描，設(shè)定播放速度，調(diào)節(jié)播放位置讶隐，對(duì)采集切削過(guò)程的溫度分布進(jìn)行測(cè)量和繪制起胰。

圖6  用熱像儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫

圖7  測(cè)得溫度場(chǎng)圖

3.切屑顏色與切削溫度的關(guān)系

在生產(chǎn)實(shí)踐中，可以通過(guò)切削加工時(shí)切屑的顏色來(lái)判斷刀尖部位的大致溫度巫延。以車(chē)削碳素結(jié)構(gòu)鋼為例效五，隨著切削溫度的提高，切屑顏色變化過(guò)程順序?yàn)椋恒y白色→黃白色→金黃色→紫色→淺藍(lán)色→深藍(lán)色炉峰。其中畏妖，銀白色切屑反映的切削溫度約為200℃左右犯建，金黃色切屑反映的切削溫度約400℃左右，深藍(lán)色切屑反映的切削溫度約600℃左右娇歹。

（三）影響切削溫度的主要因素

1.工件材料

工件材料的強(qiáng)度张相、硬度越高，切削時(shí)消耗的功就越多劣屑，產(chǎn)生的切削熱越多蝗腻，切削溫度就越高。工件材料的熱導(dǎo)率越大涮凡，通過(guò)切屑和工件傳出的熱量越多拓币，切削溫度下降越快。

2.刀具幾何參數(shù)

前角增大肤侍，切削變形減小琳宽，產(chǎn)生的熱量少，切削溫度降低弄业；但過(guò)大的前角會(huì)減少散熱體積泛邮，當(dāng)前角大于20°~25°時(shí)，前角對(duì)切削溫度的影響減少辈净。主偏角減小盯质，使切削寬度增大，散熱面積增加概而，切削溫度下降呼巷，如圖8、圖9所示赎瑰。

圖8  前角對(duì)切削溫度的影響

圖9  主偏角對(duì)切屑溫度的影響

3.切削用量

對(duì)切削溫度影響最大的切削用量是切削速度王悍，其次是進(jìn)給量，而背吃刀量的影響最小餐曼，這是因?yàn)楫?dāng)切削速度vc增加時(shí)压储，單位時(shí)間內(nèi)參與變形的金屬量增加而使消耗的功率增大，切削溫度升高晋辆；當(dāng)f增加時(shí)渠脉，切屑變厚，由切屑帶走的熱量增多瓶佳，故切削溫度上升不甚明顯芋膘；當(dāng)ap增加時(shí)，產(chǎn)生的熱量和散熱面積同時(shí)增大霸饲，故對(duì)切削溫度的影響也小凡矿，如圖10所示。

圖10  切削用量對(duì)切削溫度的影響

a）切削速度的影響  b）進(jìn)給量的影響  c）背吃刀量的影響

4.其他因素

刀具后刀面磨損量增大時(shí)置芋，加劇了刀具與工件間的摩擦紊竹，使切削溫度升高牺道，切削速度越高，刀具磨損對(duì)切削溫度的影響就越顯著（見(jiàn)圖11）壹会。澆注切削液對(duì)降低切削溫度颈顽、減少刀具磨損和提高已加工表面質(zhì)量有明顯的效果。切削液的潤(rùn)滑作用可以減少摩擦及键，減小切削熱的產(chǎn)生盖赛。

圖11  不同切削速度下后刀面磨損與切削溫度的關(guān)系

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