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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。
切削热的产生与切削温度的测量
切削热和由此产生的切削温度是金属切削过程中的一个重要物理现象。
大量的切削热使切削区域的温度升高，直接影响刀具的磨损和寿命，并影响工件的加工精度和表面质量。
切削温度也可作为自动化生产中监控因素，所以研究切削热和切削温度变化规律对生产时间有重要的意义。
（一）切削热的产生和传出被切金属层在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形，这是切削热的一个来源。
同时，切屑与前刀面、工件与后刀面间消耗的摩擦功也将转化为热能，这是切削热的又一个来源
（见图1）。
如果忽略后刀面上的摩擦功和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，则单位时间内产生的切削热可算出：
Qc=Fzvc
式中Qc--每秒钟内产生的切削热，单位为J/s ；
Fz--主切削力，单位为N;
vc--切削速度，单位为m/s。
图1 切削热的产生和传出
（二）切削温度及其测量方法
切削温度一般是指刀具与工件接触区域的平均温度。
切削温度测量的方法很多，如图2所示。
目前比较常用的测量切削温度的方法是热电偶法和光热辐射法。
下面将分别进行阐述。
t 红外线F 板彳成胶片［法
r 热敏顔料法
热緻电饱达 域热计法
I 金属纽飙观察法
图2 切削温度的测量方法
1. 热电偶法
热电偶法又分为自然热电偶法和人工热电偶法（见表
1）。
表1
自然热电偶与人工热电偶比较
切別臥度测宦法
「单牟刀法
r fl 然热电偶法
「热电侧法*
I 人工热砸偶法
'插入匸件法
『福射热计法
PhS 电池法
锯光电二极仰法
图3 自然热电偶法测温示意图
1.铜顶尖2•铜销3.车床主轴尾部4.工件5.刀具
图4 人工热电偶法测温示意图
a）测前刀面温度b）测工件温度
要想知道前刀面上的温度，还需应用传热学的原理和公式进行推算。
应用人工热电偶法测温，并辅以传热学计算所得到的刀具、切屑和工件的切削温度分布情况（见图5）。
图5 切削温度的分布
a ）刀具、工件和切屑中温度分布
b ）刀具前刀面上温度分布 加工条件：刀具 YT20 vc=600m/min 加工条件：工件 30Mn4 ap=3mm f=0.25mm/r
由图5可以看出切削温度的分布规律：
（1） 前刀面上温度最高处并不在切削刃口处，而在离刃口有一定距离的位置，工件材料 塑性越大，距离刃口越远，反之越近。
这是因为热量沿前刀面有个积累过程，这也是刀具磨 损严重之处；
（2） 切屑底层的温度梯度最大，说明摩擦热集中在切屑底层与前刀面接触处。
2. 光热辐射法
除了热电偶测温法，采用观察刀具或零件切削前后金相组织变化的方法也能判定切削温 度，但这两种方法并不直观，而且观察和分析的工作量较大。
近来也更多的是使用红外线测 温仪或光能电池测量切削温度。
热像仪就是利用红外线原理来测量切削温度的，它是通过非 接触探测红外热量，并将其转换生成热图像和温度值，进而显示在显示器上，并可以对温度 值进行计算的一种检测设备。
如图6是用热像仪测温的现场演示图。
图1-30是利用热像仪的 配套软件采集到的切削温度场图，软件可以将切削过程以红外影像采集下来，在确定准确的 发射率情况下，设定播放速度，调节播放位置，对采集切削过程的温度分布进行测量和绘制。
b)
a)
至切削刃81^7mm
图7 测得温度场图
3. 切屑颜色与切削温度的关系
在生产实践中，可以通过切削加工时切屑的颜色来判断刀尖部位的大致温度。
以车削碳 素结构钢为例，随着切削温度的提高，切屑颜色变化过程顺序为：银白色一黄白色一金黄色 -紫色一浅蓝色-深蓝色。
其中，银白色切屑反映的切削温度约为 200 r 左右，金黄色切屑 反映的切削温度约400C 左右，深蓝色切屑反映的切削温度约 600C 左右。
（三）影响切削温度的主要因素 1. 工件材料
工件材料的强度、硬度越高，切削时消耗的功就越多，产生的切削热越多，切削温度就 越高。
工件材料的热导率越大，通过切屑和工件传出的热量越多，切削温度下降越快。
2. 刀具几何参数
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（ --- ） ----------- ）— r^iA
图6 用热像仪现场测温
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A^WI I M
十
1
前角增大，切削变形减小，产生的热量少，切削温度降低；但过大的前角会减少散热体 积，当前角大于20° ~25°时，前角对切削温度的影响减少。
主偏角减小，使切削宽度增大, 散热面积增加，切削温度下降，如图 8、图9所示。
8 前角对切削温度的影响
图9 主偏角对切屑温度的影响
3. 切削用量
对切削温度影响最大的切削用量是切削速度，其次是进给量，而背吃刀量的影响最小，
这是因为当切削速度vc 增加时，单位时间内参与变形的金属量增加而使消耗的功率增大， 切 削温度升高；当f 增加时，切屑变厚，由切屑带走的热量增多，故切削温度上升不甚明显； 当ap 增加时，产生的热量和散热面积同时增大，故对切削温度的影响也小，如图 10
所示。
600
50()
400
3
°°20a 3Cf
45° MT 75*
主偏角妣
1
图10 切削用量对切削温度的影响
a ）切削速度的影响
b ）进给量的影响
c ）背吃刀量的影响
4. 其他因素
刀具后刀面磨损量增大时，加剧了刀具与工件间的摩擦，使切削温度升高，切削速度越 高，刀具磨损对切削温度的影响就越显著（见图 11）。
浇注切削液对降低切削温度、减少刀 具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果。
切削液的润滑作用可以减少摩擦，减小切削热 的产生。
图11
不同切削速度下后刀面磨损与切削温度的关系
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