[科普中国]-切削热

切削金属时，由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出。

其中切屑带走的热量最大，传向刀具的热量虽小，但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。1

切削热的产生被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦也要耗功，也产生出大量的热量。因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区，三个发热区与三个变形区相对应。所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。

切削温度切削热是切削温度上升的根源，但直接影响切削过程的是切削温度。切削区的平均温度、切屑上的温度分布、刀具上的温度分布以及加工表面、剪切面上的温度分布都可以称之为切削温度。但是我们通常所提到的切削温度则是：温度达到稳定状态时的刀具前刀面与切屑的接触面上的平均温度。切削温度是由切削热的产生与传出的平衡条件所决定的。产生的切削热越多、传出越慢，切削温度就越高。

切削温度的测量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，切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。前刀面的平均温度可近似地认为是剪切面的平均温度和前刀面与切屑接触面摩擦温度之和。

1、热电偶法

2、自然热电偶法

3、人工热电偶法

4、半人工热电偶法

5、等效热电偶法

6、切屑颜色与切削温度的关系

7、光热辐射法

8、其他方法：显微硬度分析法、量热法、涂色法等。

切削热的影响因素根据理论分析和大量的实验研究知，切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响，以下对这几个主要因素加以分析。

切削用量的影响对切削温度影响最大的切削用量是切削速度，其次是进给量，而背吃刀量的影响最小，这是因为当切削速度增加时，单位时间内参与变形的金属量增加而使消耗的功率增大，切削温度升高；当进给量增加时，切屑变厚，由切屑带走的热量增多，故切削温度上升不甚明显；当背吃刀量增加时，产生的热量和散热面积同时增大，故对切削温度的影响也小。

刀具几何参数的影响切削温度θ随前角γo的增大而降低。这是因为前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于18°～20°后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。主偏角Κr减小时，使切削宽度aw增大，切削厚度ac减小，故切削温度下降。

刀具磨损的影响在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈显著。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大。

切削液的影响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的关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。

工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，切削时消耗的功就越多，产生的切削热越多，切削温度就越高。工件材料的热导率越大，通过切屑和工件传出的热量越多，切削温度下降越快。

切削热的分布1. 剪切面上各点温度几乎相同。

2. 前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是在离刀刃有一定距离的地方。

3. 在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。

4. 在切屑靠近前刀面的一层(简称底层)上温度梯度很大，离前刀面0.1-0.2mm，温度就可能下降一半。

5. 后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短时间内完成的。

6. 工件材料塑性越大，则前刀面上的接触长度愈大，切削温度的分布也就较均匀些；反之，工件材料的脆性愈大，则最高温度所在的点离刀刃愈近。

7. 工件材料的导热系数愈低，则刀具的前、后刀面的温度愈高。1

对工件的影响切削温度高是刀具磨损的主要原因，它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。

1、切削温度对工件材料强度和切削力的影响

切削时的温度虽然很高，但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；剪切区域的应力影响不很明显。

2、对刀具材料的影响

适当地提高切削温度，对提高硬质合金的韧性是有利的。

3、对工件尺寸精度的影响

4、利用切削温度自动控制切削速度或进给量

5、利用切削温度与切削力控制刀具磨损

切削热的利用切削热虽然给切削加工带来不利的影响，但是，如果正确利用切削热，也可以将其转化为有利因素。例如：在加工淬火钢时，利用负前角刀具切削所产生的大量切削热，使工件切削层金属软化，而易于切削。又如：用硬质合金钻头在淬硬的高速钢板上钻孔时，常减少钻头前角或磨成负前角进行高速钻削，让由此产生的大量切削热使高速钢退火，而将孔钻成。1

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学