切削热和切削温度
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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。
切削热与切屑温度切削热和由此产生的切削温度是切削过程中产生的又一重要的物理现象。
它们直接影响着刀具的磨损和耐用度,是影响刀具寿命的主要因数;使工件和机床产生热变形,降低零件的加工精度和外表质量。
因此,研究切削热和切削温度的产生及变化规律具有重要的实际意义。
一、切削热1 切削热的产生切削热是由切削功转变而来的。
一是切削层发生的弹、塑性变形功;二是切屑与前刀面间消耗的摩擦功。
具体在三个变形区内产生。
其中包括:①第一变形区即剪切区的变形功转变的热。
②第二变形区即切屑与刀具前面之间的摩擦功转变的热。
③第三变形区即已加工外表与后刀面间的摩擦功转变的热。
产生的总热量为三个变形区产生的热量之和。
在切削塑性金属材料时切削热主要是有剪切区变形和后刀面摩擦形成;切削脆性金属时那么是后刀面摩擦热所占的比例多。
如果忽略进给运动所消耗的功,并假定主运动所消耗的功全部转化为热能,那么单位时间内产生的热量Q〔单位为J/min〕可由下式算出。
Q=Fcvc 〔1-2-8〕由此可以看出,但凡影响主切削力Fc的因素都将影响影响切削热的产生。
2 切削热的传散切削热是由切屑、刀具、工件和周围介质〔空气和切削液〕传出,分别用Qch、Qc、Qw和Qf表示。
切削热产生与传出的关系为Q=QchQcQwQf 〔1-2-9〕切削热传出的比例大致为:车削加工〔干切削〕时,Qch〔50%~86%〕、Qc〔40%~10%〕、Qw 〔9%~3%〕、Qf〔1%〕。
钻削加工时,Qch〔28%〕、Qc〔%〕、Qw〔%〕、Qf〔5%〕。
热量传散的比例与切削速度有关,切削速度增加时,由摩擦生成的热量增多,但是由切屑带走的热量也增加,在刀具中热量减少,在工件中热量更少。
所以高速切削时,切屑中温度很高,在刀具和工件中温度较低,这有利于切削加工的顺利进行。
影响切削热传出的主要因素是工件和刀具的热导率以及周围介质的状况。
二、切削温度切削热是通过切削温度对刀具和工件产生作用的,切削温度一般是指切屑与刀具前面接触区域之间的平均温度。
3.3 切削热与切削温度一、切削热的产生和传导切削热产生于三个变形区,切削过程中消耗的能量约98%转换为热能,切削热q≈P c≈F c v=C fc a p f 0.75v-0.15K Fc v=C fc a p f 0.75v0.85K Fc切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出二、切削温度的分布红外胶片法测得切钢料的温度场,分析归纳切削温度分布规律:1.剪切区等温线与滑移线相近OM线温度比OA线上温度高剪切滑移相等的地方温度相等,剪切变形是切削热的第一来源2.前后刀面最高温度点不在刀刃上切屑上最高温度比剪切区温度高切屑底层温度比上层温度高摩擦是切削热的又一来源三、影响切削温度的主要因素切削温度θ 一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度两个方面:切削热的产生与传出(一)切削用量的影响由实验得出切削温度经验公式如下θ=C θ v z θf y θa p x θ式中系数及指数见表1-4,由表中数据看出:z θ在0.3~0.5之间,y θ在0.15~0.3,x θ在0.05~0.1切削用量↑时切削温度↑,其中v 对θ影响最大,进给量f 的影响比v 小,背吃刀量a p 的影响很小。
(二)刀具几何参数的影响1. 前角γ的影响γ↑→变形程度↓→F↓q ↓→θ ↓但γ>20°时,因散热面积↓,对θ的影响减小2. 主偏角κr的影响κr ↑,切削宽度aw↓,散热面积↓→θ↑3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响bγ1 、rε↑,切屑变形程度↑→q ↑同时散热条件改善,两者趋于平衡对θ影响很小(三)工件材料的影响强度硬度、塑性和韧性越大,切削力越大,切削温度升高。
导热率大,散热快,温度下降(四)刀具磨损的影响后刀面磨损增大,切削温度升高; VB达一定值影响加剧; v越高刀磨损对θ影响越显著(五)切削液的影响浇切削液对↓切削温度↓刀具磨损↑加工质量有明显效果。
热导率比热容和流量越大,本身温度越低冷却效果越显著。