• 用自然热电偶法测到的切削温度是切削 区的平均温度。
3.3.2 切削温度及其分布和测量
铜销 车床主轴尾部
卡盘
工件
顶尖
刀具 铜顶尖(与支架绝缘) 导线 绝缘层 毫伏表
3.3.2 切削温度及其分布和测量 1000 T10A 900 5CrNiM o 800 38CrMoAl A 700
θ(℃)
600 500 400 300 200 100 0 2 4 6 8 10 12 40Cr
车刀
3.3.3 影响切削温度的主要因素
1. 切削用量 • 通过实验得到切削温度的经验公式。
C vc f a p
y
x
z
刀具 材料
高速钢
加工 方法
铣削 钻削
Cθ
xθ
yθ
zθ
车削 140～170 80 150 f/(mm/r) 硬质合 金 车削 320 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26 0.35～0.45 0.2～0.3 0.08～0.1
0.15
0.05
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 1) 切削速度v
1200 1000
θ(℃)
800 600 400 300 20 30 40 60 80 100 150 200 vc(m/min)
单位时间金属切除率 消耗功率 生热 剪切角 切削力 单位切削力 单位切削功率 vc 散热单位时间金属切除率 切屑带走热量 切屑流出速度 向切屑传递热量
θ(℃)
900 800 700 600 30°
45°
60°
75°
90°κr
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 3) 负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对 切削温度的影响 • 负倒棱宽度在 (0 ～ 2)f 范围内变化， 刀尖圆弧半径在0～1.5mm范围内变 化，基本上不会影响切削温度。
3.3.3 影响切削温度的主要因素
切屑 刀具
工件
3.3.1 切削热的产生和传出
2. 切削热的传播 • 切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、 刀具和周围介质(如空气、切削液等)，影 响热传导的主要因素是工件和刀具材料的 导热系数以及周围介质的状况。
• 切屑与刀具的接触时间也会影响切削温度。 不同的切削加工方法，切削热沿不通传导 途径传递出去的比例也各不相同。
GH13 1
45 钢 (正火)
HT20～ 40
20 30 40 50
60
70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 4) 脆性金属的抗拉强度和延伸率都较 小，切削过程中切削区的塑性变形很 小，切屑呈崩碎状或脆性带状，与前 刀面的摩擦也很小，所以产生的切削 热较少，切削温度一般比切削钢料时 1100 低。 1Cr18Ni9Ti
3.3.2 切削温度及其分布和测量 前刀面温度 (℃)
1200 1000 800 600 后 刀 面 温 度 (℃) 400 200 800 600 400 200 1 3 2 后刀面上距刀刃距离 (mm) 0.2 0.2 0.6 1.0 1.4 0.6 1.0 1.5 2.0 3 2 1 前 刀 面 上 距 刀 刃 距 离 (mm) 4
1000 vc＝117m/min vc＝94m/min vc＝71m/min 900 800 700 600 0 0.2 0.4 0.6 0.8 VB(mm)
θ(℃)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
5. 切削液 • 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，在切削加工中应用很广。切削液 对切削温度的影响，与切削液的导热 性能、比热、流量、浇注方式以及本 身的温度有很大关系。从导热性能来 看，水基切削液＞乳化液＞油类切削 液。

3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 进给量f
1200
θ(℃)
1000 800 600 0.1 0.2 0.3 0.4 f(mm/r) 0.6

切削力 消耗功率 生热 f 单位切削力 单位切削功率 散热 切削厚度 切屑厚度 切屑热容量 切屑带走热量
1000 900
θ(℃)
800 700 600 500 400 300 200 10
GH13 1
45 钢 (正火)
HT20～ 40
20 30 40 50
60
70 80 90 100 110 120 130 vc(m/min)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
4. 刀具磨损 • 刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方 的挤压作用增大，使切削区的金属的 塑性变形增加。同时，磨损后的刀具 后角变成零度，使工件与刀具的摩擦 加大，两者均使切削热的产生增加。 所以，刀具磨损是影响切削温度的重 1100 要因素。
第三节 切削热和切削温度
目 录
• 3.3.1 切削热的产生和传出 • 3.3.2 切削温度及其分布和测量 • 3.3.3 影响切削温度的主要因素
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3.3.1 切削热的产生和传出
1. 热源 • 切削热的来源主要有两个方 面，一个是切屑与前刀面、 工件与后刀面之间的摩擦所 消耗的摩擦功，这是切削热 的主要来源。另一个是切削 层金属在刀具的作用下发生 弹性变形和塑性变形所消耗 的变形功。与此相对应，切 削热产生在三个区域，即剪 切面、切屑与前刀面接触区、 工件与后刀面接触区。
传导途径 切屑 工件 刀具 周围介质 干车削 50%～86% 9%～3% 40%～10% 1% 钻 削 28% 52% 15% 5%
3.3.2 切削温度及其分布和测量
1. 切削温度的测量 • 1) 自然热电偶法
• 利用刀具和工件材料化学成分的不同构 成热电偶，组成热电回路测量切削温度 的方法。 • 回路中形成了温差电动势，利用电位计 或毫伏表可以将其数值记录下来。再根 据事先标定的热电偶热电势与温度的关 系曲线 ( 标定曲线 ) ，便可以查出刀具与 工件接触区的切削温度值。
3. 工件材料 • 1) 工件材料的强度、硬度越高，切 削力越大，切削时消耗的功也越多， 产生的切削热也越多，切削温度也就 越高。
1000 900 800 700 600 500 400 300 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 淬火 调质 正火
θ(℃)
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 3) 不锈钢 1Cr18Ni9Ti 和高温合金 GH131 不但导热系数低，而且在高 温下仍能保持较高的强度和硬度。所 以切削这种类型的材料时，切削温度 比切削其他材料要高得多。
1100 1000
θ(℃)
1Cr18Ni9Ti
900 800 700 600 500 400 300 200 10
W18Cr4 V
14 15 18 mV
3.3.2 切削温度及其分布和测量
• 2) 人工热电偶法
• 人工热电偶法是将两种预先经过标定的 金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接 在刀具或工件上预定要测量温度的点上， 冷端通过导线串接电位计或毫伏表。根 据表上的读数值和热电偶标定曲线，可 获得焊接点上的温度。 • 应用人工热电偶法，只能测得距前刀面 有一定距离处某点的温度，
刀具 750℃
hD＝0.6mm
工件
3.3.2 切削温度及其分布和测量
• (1) 剪切面上各点的温度基本一致，由此可以推想剪切面上 各点的的应力应变规律基本上变化不大； • (2) 前刀面和后刀面上的最高温度处都在离刀刃有一定距离 的地方，这是摩擦热沿刀面不断增加的缘故。温度最高点出 现在前刀面上； • (3) 在剪切区域内，垂直剪切方向上温度梯度较大，这是由 于剪切滑移的速度很快，热量来不及传导出来，从而形成较 大的温度梯度； • (4) 垂直前刀面的切屑底层温度梯度大。这说明前刀面上的 摩擦是集中在切屑的底层，因此切削温度对前刀面的摩擦系 数有较大影响； • (5) 后刀面的接触长度很小，因此温度的升降是在极短时间 内完成的，已加工表面受到一次热冲击； • (6) 工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度越大，切削温 度的分布也就均匀些。工件材料脆性越大，最高温度所在的 点离刀刃越近； • (7) 工件材料导热系数越低，前、后刀面的温度越高。
2. 刀具几何参数 • 1) 前角γo对切削温度的影响
1000
θ(℃)
900 800 700 600 500 -10° 0°
1
3 10° 20°
2
30°γo
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 2) 主偏角κr对切削温度的影响
1100 1000 vc＝2.25m/s vc＝1.75m/s vc＝1.35m/s
0.15
0.05
3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 通过对比表中数据可知 xθ ＞ yθ ＞ zθ ， 说明切削用量三要素对切削温度的 影响 v ＞ f ＞ ap ，这与它们对切削力 的影响程度正好相反。
刀具 材料
高速钢加工 方法铣削 Nhomakorabea钻削Cθ
xθ
yθ
zθ
车削 140～170 80 150 f/(mm/r) 硬质合 金 车削 320 0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26 0.35～0.45 0.2～0.3 0.08～0.1

3.3.3 影响切削温度的主要因素
• 3) 背吃刀量ap
1200
θ(℃)
1000 800 600 1 2 3 4 ap(mm) 5 6
生热 切削力 消耗功率 ap 散热 切削宽度 切削刃参加切削的长度 散热条件改善


3.3.3 影响切削温度的主要因素