基本介紹
- 中文名：切削熱
- 外文名：cutting heat
- 定義：切削時產生的熱
- 領域：機械加工
- 影響因素：切削用量、刀具、切削材料等
- 測量：熱電偶法等
切削熱的產生,切削溫度,溫度的測量,影響因素,切削熱的分布,對工件的影響,切削熱的利用,
切削熱的產生
被切削的金屬在刀具的作用下，發生彈性和塑性變形而耗功，這是切削熱的一個重要來源。此外，切屑與前刀面、工件與後刀面之間的摩擦也要耗功，也產生出大量的熱量。因此，切削時共有三個發熱區域，即剪下面、切屑與前刀面接觸區、後刀面與過渡表面接觸區，三個發熱區與三個變形區相對應。所以，切削熱的來源就是切屑變形功和前、後刀面的摩擦功。
切削溫度
切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的是切削溫度。切削區的平均溫度、切屑上的溫度分布、刀具上的溫度分布以及加工表面、剪下面上的溫度分布都可以稱之為切削溫度。但是我們通常所提到的切削溫度則是：溫度達到穩定狀態時的刀具前刀面與切屑的接觸面上的平均溫度。切削溫度是由切削熱的產生與傳出的平衡條件所決定的。產生的切削熱越多、傳出越慢，切削溫度就越高。
溫度的測量
儘管切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度，切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區域的平均溫度。前刀面的平均溫度可近似地認為是剪下面的平均溫度和前刀面與切屑接觸面摩擦溫度之和。
1、熱電偶法
2、自然熱電偶法
3、人工熱電偶法
4、半人工熱電偶法
5、等效熱電偶法
6、切屑顏色與切削溫度的關係
7、光熱輻射法
8、其他方法：顯微硬度分析法、量熱法、塗色法等。
影響因素
切削用量的影響
對切削溫度影響最大的切削用量是切削速度，其次是進給量，而背吃刀量的影響最小，這是因為當切削速度增加時，單位時間內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；當進給量增加時，切屑變厚，由切屑帶走的熱量增多，故切削溫度上升不甚明顯；當背吃刀量增加時，產生的熱量和散熱面積同時增大，故對切削溫度的影響也小。
刀具幾何參數的影響
切削溫度θ隨前角γo的增大而降低。這是因為前角增大時，單位切削力下降，使產生的切削熱減少的緣故。但前角大於18°～20°後，對切削溫度的影響減小，這是因為楔角變小而使散熱體積減小的緣故。主偏角Κr減小時，使切削寬度aw增大，切削厚度ac減小，故切削溫度下降。
刀具磨損的影響
在後刀面的磨損值達到一定數值後，對切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。合金鋼的強度大，導熱係數小，所以切削合金鋼時刀具磨損對切削溫度的影響，就比切碳素鋼時大。
切削液的影響
切削液對切削溫度的影響，與切削液的導熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關係。從導熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。
工件材料的影響
工件材料的強度、硬度越高，切削時消耗的功就越多，產生的切削熱越多，切削溫度就越高。工件材料的熱導率越大，通過切屑和工件傳出的熱量越多，切削溫度下降越快。
切削熱的分布
1. 剪下面上各點溫度幾乎相同。
2. 前刀面和後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。
3. 在剪下區域中，垂直剪下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，離前刀面0.1-0.2mm，溫度就可能下降一半。
5. 後刀面的接觸長度較小，因此溫度的升降是在極短時間內完成的。
6. 工件材料塑性越大，則前刀面上的接觸長度愈大，切削溫度的分布也就較均勻些；反之，工件材料的脆性愈大，則最高溫度所在的點離刀刃愈近。
7. 工件材料的導熱係數愈低，則刀具的前、後刀面的溫度愈高。
對工件的影響
切削溫度高是刀具磨損的主要原因，它將限制生產率的提高；切削溫度還會使加工精度降低，使已加工表面產生殘餘應力以及其它缺陷。
1、切削溫度對工件材料強度和切削力的影響
切削時的溫度雖然很高，但是切削溫度對工件材料硬度及強度的影響並不很大；剪下區域的應力影響不很明顯。
2、對刀具材料的影響
適當地提高切削溫度，對提高硬質合金的韌性是有利的。
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給量
5、利用切削溫度與切削力控制刀具磨損
切削熱的利用
切削熱雖然給切削加工帶來不利的影響，但是，如果正確利用切削熱，也可以將其轉化為有利因素。例如：在加工淬火鋼時，利用負前角刀具切削所產生的大量切削熱，使工件切削層金屬軟化，而易於切削。又如：用硬質合金鑽頭在淬硬的高速鋼板上鑽孔時，常減少鑽頭前角或磨成負前角進行高速鑽削，讓由此產生的大量切削熱使高速鋼退火，而將孔鑽成。
