第5章切削热和切削温度.ppt
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1、第五章 切削热和切削温度,一、切削热来源, 主要来源 QA=QD+QFF+QFR, 切削过程变形和摩擦所消耗功,绝大部分转变为切削热,式中,QD , QFF , QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量,第一节 切削热的产生与传出,三个发热区与三个变形区相对应: 剪切面 切屑与前刀面接触区 后刀面与过渡表面接触区,Q = PmFz,切削热由切屑、工件、刀具和周围介质(切削液、空气)等传散出去,切削中所消耗的能量几乎全部转换为热量。三个变形区就是三个发热区,即切削热来自工件材料的弹、 塑性变形和前、后刀面的摩擦。 当产生的热和传出的热相等,即达动态热平衡时有:,式中:qs工件材料
2、的弹、塑性变形所产生的热量; qr切屑与前刀面、加工表面和后刀面的摩擦所产生的热量; qc切屑带走的热量; qt刀具传出的热量; qw工件传出的热量; qm-辐射及周围介质(如空气、切削液等)带走的热量。,据实验得出:车削时,热的传出大致为: 切屑占50%86%,刀具占40%10%,工件占9%3%, 周围介质占1%。 具体值与工件、刀具材料的导热系数、切削用量、刀具几何参数等有关。,尽管切削热是切削温度上升的根源,但直接影响切削过程的却是切削温度,而不是切削热。切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。测量方法有:,第三节 切削温度的测量,切削温度:前刀面与切屑接触区域的平均温度。 影响切
3、削温度的主要因素: 工件材料的力学物理性能、切削用量、刀具几何参数、冷却条件等 * 切削用量的影响(切削速度、进给量、切削深度) * 刀具几何参数的影响(前角、主偏角、负倒棱及刀尖圆弧半径) * 工件材料的影响(硬度和强度、导热系数、抗拉强度和延伸率) * 刀具磨损的影响 * 切削液的影响(热导率、比热容、流量),第四节 影响切削温度的主要因素,一、切削用量 实验得出的切削温度的经验公式为,式中:实验测出的切屑接触区的平均温度(); C:切削温度系数; z、y、x: 切削速度、进给量、背吃刀量的指数。,vc、f、ap增大时,变形和摩擦加剧,切削功耗增大,切削温度升高。但程度不一,vc最为显著,
4、 f次之,ap最小。这是因为:vc增加,增大,变形小,切削力略下降;单位时间内金属切削量成比例增加。 f增加,切削厚度ac增大,变形减小,压力中心较远离刀尖,散热条件有所改善;ap增加,参加工作的刀刃长度按比例增大,散热条件同时得到改善。 由此可见,在金属切除率相同的条件下,为降低切削温度,防止刀具迅速磨损,提高刀具耐用度,增加ap或f远比增加vc更为有利。,实验测得vc、f、ap对切削温度的影响如图:,二、刀具几何参数的影响,1.前角o对切削温度的影响,前角增大,使切削力下降,切屑的变形减轻小,使产生的切削热减少,从而降低了切削温度。事实上,切削温度的高低不仅取决于工艺系统产生热量的多少,还
5、受工艺系统散热条件的影响。前角大于1820后,对切削温度的影响减小,因为楔角变小而使散热体积减小。,2.主偏角Kr对切削温度的影响,主偏角Kr减小时,使切削宽度增大,切削厚度减小(切削变形和摩擦变大),同时,切削宽度增大后,散热条件改善,又有利于降低切削温度。因此,当工艺系统刚性足够时,采用小的主偏角切削,是降低切削温度、提高刀具的耐用度的一个重要措施,尤其是切削难加工材料时效果更显著。 3.负倒棱br1、刀尖圆弧半径r 它们既使变形增大,同时又改善散热条件,因此对温度的影响不大。,3、工件材料的影响 主要通过本身的强度、硬度、导热系数等对切削温度产生影响。工件的材料、速度对切削温度的影响(
6、)。 强度、硬度增大时产生的切削热增多,切削温度升高。 如低碳钢,强度、硬度较低,变形小,产生的热量少,且导热系数大,热量传出快,所以切削温度很低;40Cr硬度接近中碳钢,强度略高,但导热系数小,切削温度高; 切削脆性材料时,塑性变形小,形成崩碎切屑,摩擦小,切削温度低。,如图,4、刀具磨损的影响 主后刀面磨损后,产生后角为零的窄边,使切削刃的切削作用降低,推挤力和摩擦力增大,功耗增加,产生的热量增多,故使切削温度上升。刀具磨损量增大, 切削温度增高; ,5、切削液的影响,利用切削液的润滑功能降低摩擦系数,减少切削热的产生,也可利用它的冷却功用吸收大量的切削热,所以采用切削液是降低切削温度的重
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- 切削 热和 温度
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