金属切削热与切削温度教学课件

金属切削热与切削温度欢迎来到金属切削热与切削温度的专题讲座本课程将深入探讨切削过程中的热量产生、分布及其影响，为提高加工效率和质量提供理论基础前言切削热的重要性温度控制的挑战切削热直接影响加工质量、效率高速切削下温度控制尤为困难，和刀具寿命需要特别关注课程目标掌握切削热的基本理论，学习温度测量和控制方法金属切削热的形成塑性变形金属在剪切区发生塑性变形，产生大量热量摩擦热刀具与工件、切屑之间的摩擦产生热量新表面生成切削过程中新表面的形成也会释放少量热量热量的发生塑性变形热1约占总热量的75%摩擦热2约占总热量的20%新表面生成热3约占总热量的5%热量的分布切屑工件约75%的热量被切屑带走，是主要约20%的热量传入工件，可能影响的散热途径加工精度刀具环境约5%的热量传入刀具，影响刀具少量热量散入周围环境，影响较寿命小切削温度的定义切削区平均温度瞬时最高温度指切削过程中，切削区域内各点温度的平均值这个温度反映了切削过程中某一时刻、某一点出现的最高温度通常出现在刀具整个切削过程的热状态和切屑接触的区域切削温度的影响因素切削速度切削深度进给量材料特性速度增加，温度升高深度增加，温度升高进给增加，温度升高硬度增加，温度升高切削温度的测量方法热电偶法1利用热电效应测量温度，精度高但安装复杂红外测温法2非接触式测量，可实时监测大面积温度分布温度敏感漆法3简单直观，但只能测量最高温度金属熔点法4利用金属熔点估算温度，精度较低刀具温度的测量嵌入式热电偶红外热像仪12在刀具内部嵌入热电偶，可准可实时监测刀具表面温度分布确测量刀尖温度，操作简便温度敏感涂料3涂抹在刀具表面，根据颜色变化判断最高温度工件温度的测量嵌入式传感器表面热电偶红外测温仪在工件内部预埋温度传感器，精确测量内在工件表面安装热电偶，测量表面温度变非接触式测量工件表面温度，适用于旋转部温度化工件切屑温度的测量热电偶法红外热像仪在切屑流出路径上安装热电偶，可捕捉切屑温度分布，但需考虑测量瞬时温度发射率影响金属熔点法高速摄像分析利用不同熔点金属片估算切屑最结合热像技术，分析切屑形成过高温度程中的温度变化切削温度的特点温度分布不均匀温度变化快速温度影响广泛切削区域温度分布极不均匀，刀尖附近温切削过程中，温度升降速度非常快，瞬时切削温度影响刀具寿命、工件质量和加工度最高变化明显精度等多个方面高速切削下的切削温度温度急剧升高1切削速度增加，温度呈非线性上升温度分布集中2高速下热量难以扩散，温度分布更加集中冷却难度增加3传统冷却方法效果下降，需采用特殊冷却技术材料性能变化4高温导致材料软化，改变切削机理切削参数对温度的影响切削速度切削深度速度增加，温度显著上升但增速减深度增加，温度适度上升影响次于缓速度进给量进给增加，温度略有上升影响相对较小切削液对温度的影响冷却作用润滑作用切削液直接带走热量，降低切削减少摩擦，间接降低热量产生区温度清洁作用限制冲走切屑，防止热量积累高速切削时，切削液难以进入切削区，效果下降刀具材料对温度的影响硬质合金高速钢耐热性好，适用于高速切削温耐热性较差，高温下易软化温度影响相对较小度影响显著陶瓷金刚石耐热性极佳，可在高温下保持硬导热性好，有利于热量散发适度温度影响小合精密加工工件材料对温度的影响金属材料非金属材料硬度越高，切削温度越高不锈钢、钛合金等难加工材料切削温如塑料、复合材料等，切削温度较低，但易受热影响变形度较高切削热对刀具的影响硬度下降1高温导致刀具材料软化磨损加剧2热磨损和粘结磨损增加热裂纹3温度循环导致疲劳裂纹化学反应4高温促进刀具与工件反应寿命缩短5综合影响导致刀具寿命降低切削热对工件的影响尺寸精度表面质量热膨胀导致加工误差增大高温可能导致表面粗糙度增加金相组织残余应力局部高温可能改变表层金相结构不均匀温度分布引起残余应力切削热对切屑的影响切屑卷曲切屑焊接12高温导致切屑塑性增加，易形高温促进切屑与刀具表面焊接成卷曲切屑，形成粘结刀口切屑颜色切屑断裂34温度越高，切屑颜色越深，可温度影响切屑韧性，进而影响用于粗略判断切削温度切屑断裂特性切削热对环境的影响热污染有害气体切削热会导致工作环境温度升高高温可能导致切削液分解，产生，影响操作舒适度有害气体能源消耗设备寿命切削热的产生意味着能量损失，长期高温运转可能影响机床和周降低加工效率边设备寿命控制切削温度的方法优化切削参数1合理选择切削速度、进给量和切削深度使用切削液2选择合适的切削液和冷却方式改进刀具材料3使用耐热性好的刀具材料优化刀具几何4设计有利于热量散发的刀具结构提高切削速度的方法选用高性能刀具采用耐热、耐磨的先进刀具材料优化冷却系统使用高压冷却或最小量润滑技术改进机床性能提高机床刚性和动态特性优化切削工艺合理安排切削路径和参数降低切削力的方法优化刀具几何应用涂层技术改善刀具前角和后角，减小切削阻力使用低摩擦系数涂层，减少摩擦力超声振动辅助分步切削利用超声振动减小实际切削力采用多次小切深代替一次大切深使用切削液的方法选择合适类型优化供给方式根据加工材料和工艺选择水基或采用高压、脉冲或雾化等先进供油基切削液给方式控制温度和流量定期维护保持切削液温度恒定，确保足够及时更换和过滤切削液，保持性流量能稳定选用合适的刀具材料硬质合金陶瓷综合性能好，适用范围广，是最耐热性极佳，适合高速干切削，常用的刀具材料但韧性较差立方氮化硼金刚石硬度高，耐磨性好，适合加工淬硬度最高，导热好，适合非铁金硬钢属和非金属加工优化切削参数的方法理论计算1基于切削理论和经验公式初步确定参数范围仿真分析2利用有限元等方法模拟切削过程，优化参数试切实验3进行小批量试切，测量切削力和温度，调整参数在线监测4实时监测切削状态，动态调整切削参数切削温度控制的实际应用切削温度控制的意义提高加工质量1改善尺寸精度和表面质量延长刀具寿命2减少刀具磨损，降低成本提高生产效率3实现高速切削，缩短加工时间节能环保4减少能源消耗，降低环境影响小结切削热的产生温度测量方法12了解切削热的来源和分布特点掌握各种切削温度测量技术影响因素分析控制方法应用34理解影响切削温度的关键因素学会综合运用各种温度控制方法讨论与问答开放性问题实践建议•如何在高速切削中更好地控制温度？•进行切削温度测量实验，比较不同参数的影响•未来切削温度控制技术的发展趋势是什么？•尝试优化现有工艺，提高加工质量和效率。