切削热和切削温度

6.3.4　切削热和切削温度

1.切削热的产生、传出及影响

在切削过程中，由被切削材料层的变形、分离以及刀具与被切削材料间的摩擦而产生的热量，称切削热（cutting heat）。具体地说，切削热的主要来源有：

1）弹性、塑性变形产生的热；

2）切屑与前刀面摩擦形成的热；

3）工件与后刀面摩擦形成的热。

工件材料、刀具材料和切削条件不同，三个热源发热量也不同。切削塑性材料时，切削热主要由变形和切屑与前刀面的摩擦形成；切削脆性金属时，则工件与后刀面的摩擦热较多。

切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围介质传出。各部分传出的比例，一般是切屑最多，其次是工件、刀具和周围介质（空气）。根据实验结果，用高速钢车刀切钢件时，有50%～86%的切削热由切屑带走；10%～40%传入车刀，3%～9%传入工件，1%左右的热传入空气。

传入切屑和空气的热对加工无直接的影响。传入刀具的热虽不多，但由于刀尖部分的体积小，其温度较高，刀具磨损会加剧。传入工件的热，可使工件变形，从而增加加工误差。因此，在切削加工中，应设法减少切削热的产生，改善散热条件，以尽量减小切削热对刀具和工件的不良影响。

2.切削温度及其影响因素

切削热是通过切削温度对刀具和工件起作用的。切削温度是指切削过程中切削区域的温度。切削温度的高低，除可用仪器测定外，生产中也可通过观察切屑的颜色进行估计。切削碳钢时，切屑为银白色或淡黄色的切削温度为300～400°C，紫色的切削温度为500～600°C。

切削温度的高低取决于切削热的大小与传出条件，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何角度以及冷却条件等因素的影响。在切削用量中，以切削速度的影响最大；切削速度增加时，单位时间内切下的切屑量增加，消耗功率增加，切削热增加。此时，若切削热不及时传出，切削温度将迅速上升。进给量和背吃刀量增加时，变形所需的功增大，切削温度上升，但不如切削速度影响大。这是因为进给量和背吃刀量增加时，刀具的散热条件得到改善；同时，在切削面积相同的条件下，增加背吃刀量，主切削刃参加切削的长度增加，刀具散热条件得到显著改善。因此，背吃刀量对切削温度的影响最小。

3.降低切削温度的措施

为了减少切削温度对切削加工的影响，应采取适当的措施来控制和降低切削温度。

降低切削温度可从两方面考虑：一是尽量减少切削热的产生，二是改善散热条件。生产中常用的措施如下：

（1）选择合理的几何角度和切削用量　适当增加前角以减少切削变形，减少切削热的产生。减小主偏角，选用大的背吃刀量和小的进给量，使在切削面积相同的条件下增加刀刃的切削长度，减小单位长度的负荷，增加散热面积，从而达到降温的效果。

（2）使用切削液　合理地使用切削液可以减小摩擦热，显著改善散热条件，这是降低切削温度最有效的措施。常用的切削液有以下三类：

1）水溶液　水溶液主要成分是水，这类切削液比热大，导热性好，主要起冷却作用。为了防止水对金属的腐蚀，在水中加入一定量的防锈剂，就可配成防锈冷却水溶液，如苏打水。苏打水常用于粗磨。

2）切削油　切削油主要是矿物油。这类切削液虽然润滑性好，但比热容小，流动性较差，主要起润滑作用，能有效地降低表面粗糙度。切削油一般用于精加工和成形面加工，常用的是机油、轻柴油和煤油等。

3）乳化液　乳化液是由乳化油加水稀释而成的。乳化油由矿物油、乳化剂及其他添加剂配制而成，用70%～98%的水稀释后，即成为乳白色和半透明的乳化液。它具有良好的流动性和冷却效果，也有一定的润滑性能，是应用最广泛的一种切削液。低浓度的乳化液适用于粗加工和磨削，高浓度的乳化液适用于精加工。

切削液的效果除了取决于本身的各种性能外，还取决于工件材料、加工方法和刀具材料等因素，应合理选用并注意以下两点：第一，对铸铁件一般不用切削液。因为铸铁本身含有大量的石墨，能起润滑作用；同时，使用切削液会将崩碎切屑冲入导轨，增加磨损，对机床的清理和维护不利。第二，当采用硬质合金刀具时，因为硬质合金能耐较高的温度，可不使用切削液；如需要使用切削液，则必须大量连续地浇淋，以免造成硬质合金忽冷忽热，产生裂纹而致破裂。