1.3.3 切削热、切削温度

    切削热和切削温度是金属切削过程中重要的物理现象之一。切削温度能改变前刀面上 的 摩擦状态和工件材料的切削性能 , 影响积屑瘤的形成 , 也影响刀具磨损和己加工表面的质量。

    (齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1) 切削热

    切削热是在切削过程中由被加工材料的变形、分离及刀具和被加工材料间的摩擦而产生的。切削时所消耗的变形功、摩擦功几乎可全部转化为热量。

    切削塑性材料时 ,切削热主要是由剪切区和前刀面摩擦形成的;切削 脆性材料时 ,后刀面摩擦热占的比例较多。

    切削热传散比例也是不同的 , 一般切屑带走的热量最多 , 工件次之 , 刀具中较少 , 周围介质中最少。车削时的大概比例是 : 切屑为 50%~ 80%, 工件为 40%~10%, 刀具 9%~3%, 介质 l% 。

    传散比例与切削速度有关 , 提高切削速度切屑带走的热量增多 , 传入工件和刀具的热量减少 。

    (2)切削温度

    切削热是通过切削温度对工件和刀具产生作用的。切削温度是指切削过程中切削区的平均温度 , 用 θ 表示 , 该区温度的高低取决于切削热量产生的多少和传散的快慢 。 研究切削温度的目的在于设法控制刀具上的最高温度 , 以延长刀具的使用寿命。

    齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1) 切削温度的分布

    如 图 1.20a 所示为某切削条件时用人工热电偶法测得的温度分布场。由图可见 , 切削温度分布极不均匀 , 在切屑中 , 底层温度最高 , 在刀具中 , 靠近切削刃处 ( 约 1mm) 温度最高 ; 在工件中 , 切削刃附近温度最高 。 如 图 1.20b 所示为刀具前刀面上的切削温度分布图。

    切削钢料时 , 切屑表面产生一层氧化膜 , 它的颜色随切削温度的高低而变化 , 可从切屑颜色大致判断切削温度高低。 300 ℃以下切屑呈银白色 ,400 ℃左右呈黄色 ,500 ℃左右呈深 兰色 ,600 ℃左右呈紫黑色。

    2)、 影响切削温度的因素

    ① 工件材料 工件材料的强度和硬度越高,切削时所消耗的功就越多,产生的切削热也多,切削温度就越高。工件材料的导热系数越小,传散热量的速度就越慢,切削温度也越高。

    ② 切削用量 增大 切削用量 时,切削功率增大,产生的切削热也多,切削温度就会升高。由于切削速度、进给量和背吃刀量的变化对切削热的产生与传导的影响不同,所以对切削温度的影响也不同。其中切削速度 对切削温度影响最大 ,进给量 f 次之 , 背吃刀量ap 最小。

    ③ 刀具几何参数 刀具的 前角γ o和主偏角对切削温度影响比较大。增大前角,可使切削变形及切屑与前刀面的摩擦减小,产生的切削热减小,切削温度下降。但前角过大(≥20°)时,会使刀头的散热面积减小,使切削温度升高。减小主偏角,可增加切削刃的工作长度,增大刀头的散热面积,降低切削温度。

    ④其它因素 刀具后刀面磨损增大时,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升高越明显。使用切削液可有效降低切削温度