什么是切削热?
切削热和由此产生的切削温度是金属切削过程中的一个重要物理现象。大量的切削热使切削区域的温度升高,直接影响刀具的磨损和寿命,并影响工件的加工精度和表面质量。
被切削的金属在刀具的作用下,大会上能弹性和塑性变形而耗功,是切削热的一个重要来源。
切削时共有3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。虽然切削热是切削温度上升的根源,但直接影响切削的过程却是切削温度。切削温度过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切削温度对工件材料强度和切削力的影响。
切削温度的分布
a)剪切面上各点温度几乎相同。
b)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。
c)在剪切区域中,垂直剪切面方向上的温度梯度很大。
d)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。
e)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。
f)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。
g)工件材料的导热系数愈低,则刀具的前、后刀面的温度愈高。
影响切削温度的因素
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。
切削液的影响
从导热性能来看,切削液的排名:水基切削液>乳化液>油类切削液
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
切削温度与磨损的成因
磨损的种类及措施
我们先来看看刀具磨损的成因:
刀具的6种磨损类型及措施
(一)侧面磨损
成因
切削速度过高
刀片材质的抗磨能力太低
进刀量不适合
对策
減低切削速度
选择抗磨能力更高的刀片
选用适合的進刀量
决定刀具能否再使用的一个基本准则:通常以磨损的程度及范围来决定刀具的寿命。
(二)边线缺损
成因
抗磨性太高的材质
震动
进刀量太高或切削深度太大
断续的切削
铁屑的損害
对策
选用韧性较佳的刀具
采用切削刀刃形状更强的刀具
减低进刀量和切削深度切削
改变断屑槽形状
切削边的轻微缺损,随后会产生侧面磨损,故此种磨损较难被确定。很容易引致断裂,若切屑清除不理想,則边线缺损可能会出现在切削区域以外的地方。
(三)月牙洼磨损
成因
切削速度或进刀量太高
前角的角度不足
刀片材质的抗磨能力太低
冷却液不足
对策
减低切削速度或进刀量
选用抗磨性较高的材质
增加冷却液的用量
通常在倾斜面出现的磨损,此种月牙洼磨损以深度分类。就现时的涂层硬质合金及正切削形状的刀具设计来說,此种磨损并不影响刀具的寿命。
(四)塑胶化变形
成因
加工温度太高
涂层的磨损
对策
减低切削速度
选用抗磨能力较高的材质
增加冷却液的用量
由切削刃的过负荷及高温而引致,很易引致破裂。
(五)刀刃积屑瘤
成因
切削速度太低
前角角度不足
不适合切削材料
冷却液不足
对策
提高切削速度
增加前角的角度
选用含有TiN的涂层
增加冷却液的用量
积屑瘤常出现在倾斜面上,是由刀具及工件的物料互相熔焊而产生,特别在切削难加工物料时更易产生。日积月累的切屑瘤会破裂而引致刀刃的损坏。积屑瘤会令表面加工光洁度降低
(六)刀片断裂
成因
稳定性不足
角度太小
材质韧性不足
对策
选用韧性更強的刀具
选用角半径更大的刀具
提高刀片的稳定性
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