机械制造工程学金属切削原理与刀具习题5.ppt

机械制造工程学金属切削原理与刀具习题5.ppt

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机械制造工程学,第五章切削热和切削温度,第五章切削热和切削温度,切削热是金属切削过程中重要的物理现象。

切削热使切削区产生较高的切削温度，反过来又影响切屑变形、影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量。

因此，本章内容对金属切削理论和生产实践都具有重要意义。

51必备知识和考试要点,1了解研究切削热和切削温度的重要性。

2明确切削热的来源、切削热的传出方式。

3熟悉切削温度的测量方法。

4熟悉影响切削温度的主要因素及控制方法。

5了解切削温度的分布情况及规律。

52典型范例和答题技巧,例5.1为什么要研究切削热的产生和传出?

仅从切削热的产生多少能否说明切削区的温度?

答案切削热的产生和传出决定切削区的切削温度，而切削温度又影响切削过程，影响刀具磨损、影响工件的加工精度和表面质量。

产生切削热的多少取决于切削功消耗的多少。

切削区的切削温度的高低不仅与产生的切削热多少有关，还与由刀具、切屑、工件及周围介质传出的热量多少有关。

如果产生的热量多于传出的热量，切削温度就升高，反之，切削温度就降低。

所以，仅以切削热产生的多少不能决定切削区的温度。

例52切削热是怎样产生和传出的?

主要受哪些因素影响?

答案切削时切削层金属发生塑性变形以热的形式释放出来，切屑与前刀面之间、工件与后刀面之间强烈的摩擦也产生大量的热。

所以，切削时的三个变形区是产生切削热的三个热源。

切削热是由刀具、切屑、工件及周围介质传出的，由它们将切削热带走或从切削区传导出去。

切削热可用切削时所做的切削功表示，即Pm=Fzv=CFzpf0.75v0.85KFz.式中有关因素对切削热影响程度的排列顺序依次为pvf,其它因素对切削热的影响和它们对切削力影响的情况相同。

影响切削热传出的因素有：

工件材料的导热系数愈大，由切屑和工件传出的热量就愈多；刀具材料的导热系数愈大，由刀具传出的热量就愈多；切削温度愈高，切削厚度愈大，由切屑带走的热量就愈多；采用冷却性能好的切削液和好的浇注方式可使切削热能更多地传出。

例53背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样?

为什么?

如何运用这规律指导生产实践?

答案背吃刀量对切削力和切削温度的影响不一样。

背吃刀量增大1倍，主切削力就增大1倍，产生的热量也成倍增加，但对切削温度的影响很小。

因为背吃刀量直接决定切削宽度和切削刃的实际工作长度。

切削变形主要在垂直切削宽度方向的平面内发生，与切削宽度方向的尺寸关系不大。

这样，背吃刀量增加，切削热增加，但同时切削宽度、切削刃参加工作的长度也相应增加，改善了散热条件，结果使切削温度变化不大。

进给量对切削力和切削温度的影响也有差异。

进给量增大，切削力、切削温度增加，是以指数约为08的关系增大。

同时，切削厚度ac，也成比例增大，刀屑接触长度也增加，由切屑带走的切削热增加，散热面积也有所增加。

这样，进给量对切削温度的影响指数小于对切削力和切削热的影响指数，即对切削温度的影响小于对切削力的影响。

进给量与背吃刀量比较，对切削力的影响小于p对切削力的影响，对切削温度的影响大于p对切削温度的影响。

切削加工生产追求的目标是高效率和低成本。

p和f增大都能提高生产效率，但从消耗能源考虑，增大f比增大p有利；从减小切削温度、增加刀具耐用度考虑，增大p比增大f有利。

实际上，一般要根据生产中的具体条件和要求综合分析，合理选择p和f。

例54研究切削区温度场的意义何在?

用什么方法测出切削温度场?

答案切削时，产生的大量切削热将使切削温度升高，另外产生的切削热又不断地传出，使切削区各点的温度不相同，形成温度场。

温度场的情况影响刀具磨损和工件的加工质量。

所以，研究切削区温度场及其分布规律具有重要的意义。

目前应用较广且成熟可靠的测量温度场的方法有人工热电偶法、半人工热电偶法，此外还有幅射测温法和红外照像法等。

例5.5解释切削用量三要素对切削力和切削温度的影响为什么正好相反。

答案切削用量三要素对切削力影响程度大小的排序为pfv，对切削温度影响程度大小的排序为vfp。

因为切削深度p增大，使变形力增大，摩擦力增大，因而切削力增大。

p增大时，切削厚度w不改变，切削宽度w随p成比例增大，由于w与切屑变形系数和摩擦系数关系不大，所以p增大1倍时，切削力也相应增大1倍。

另一方面，由于切削变形是在垂直于切削宽度方向的平面内，与切削宽度尺寸关系不大。

这样，p增大，切削宽度也成比例增大，产生的切削热增大的同时，也相应增大了散热面积，其结果使切削温度的变化不大。

进给量f增大，同样使切削面积增大，切削力也增大。

但是f增大后切削厚度c也成比例增大，则切屑变形系数和摩擦系数减小，所以f对切削力的影响小于p对切削力的影响。

另一方面，f对切削热的影响与对切削力的影响相同。

但是由于切削厚度c增大，由切屑带走的热量增多，同时切屑与前刀面接触长度增加，散热面积增加，其结果是f增加，切削温度也有所增加，其影响程度小于对切削力的影响，大于p对切削温度的影响。

切削速度v增大，切削力变化不大，但切削功率成比例增大，产生的切削热也成比例增大，并且散热面积稍有减小，其结果使切削温度升高。

由上述分析可知：

切削用量三要素对切削温度影响程度大小的顺序是vfp。

例56增大前角可以使切削温度降低的原因是什么?

是不是前角愈大，切削温度愈低?

答案前角o的大小影响切削过程中的变形和摩擦。

增大前角，切削力下降，产生的切削热减少，切削温度降低。

但是前角过大（超过20）时，由于刀具楔角变小，而使散热体积减小，切削温度反而上升。

所以不是前角愈大，切削温度愈低。

例57加工钢料等塑性材料和加工铸铁等脆性材料，前刀面和后刀面哪一方面切削温度高?

为什么?

答案加工钢料塑性材料时，前刀面的切削温度比后刀面的切削温度高，而加工铸铁等脆性材料时，后刀面的切削温度比前刀面的切削温度高。

因为加工塑性材料时，切屑在前刀面的挤压作用下，其底层金属和前刀面发生摩擦而产生大量切削热，使前刀面的温度升高。

加工脆性材料时，由于塑性变形很小，崩碎的切屑在前刀面滑移的距离短，所以前刀面的切削温度不高，而后刀面的摩擦产生的切削热使后刀面切削温度升高而超过前刀面的切削温度。

例59为什么切削不锈钢和高温合金时，其切削温度要比切削其它常用材料都高许多,答案不锈钢中的合金元素（Cr、Ni）含量高，导热系数小（仅为45钢的13）；不同牌号的不锈钢成分不同、组织不同，有的强度、硬度高，有的塑性、韧性大，有的加工硬化严重。

因此，切削加工性不好，切削力大，切削温度高。

高温合金中的合金元素含量更高，导热系数小，除不锈钢具有的特性外，还有高温硬度高等问题，因此高温合金的切削加工性很差、切削力大、切削温度很高。