高速切削的切削熱和切削溫度

　　在切削過(guò)程中，切削熱的來(lái)源是剪切面區(qū)域材料變形所做的功和前、后刀面所做的摩擦功，如圖1所示。

圖1 切削熱的來(lái)源

　　一部分切削熱傳到切屑中被切屑帶走;一部分熱傳到工件中;還有一部分熱傳到刀具中(圖1)。據(jù)研究，當(dāng)切削速度提高后，傳入切屑而被切屑帶走的熱量份額加多，而傳入工件和刀具的熱量份額減小，故工件、刀具升溫并不大。

　　日本人用P10立銑刀，切削45鋼和A15025鋁合金，ap=2mm, f=0.12mm/r。圖2為切削熱的分配比率。

圖2 切削熱分配比率

　　某大學(xué)做了類(lèi)似的切削熱分配比率曲線(xiàn)(圖3)。工件材料為45鋼(熱軋)，車(chē)刀用YT15刀片，ap=0.8mm, f=0.12mm/r, v =400～800m/min。如圖3所示，當(dāng)v=400m/min時(shí)，Rc=49.4%, Rw=46.7%, RT=3.9%。當(dāng)v=800m/min時(shí), Rc=69.4%，Rw=28.7%, RT=2.3%。故在高速時(shí)RW與RT均顯著減小。

圖3 切削熱分配比率

　　Rc、Rw和RT只能說(shuō)明切削熱分配比率，最重要的還是前刀面―切屑和后刀面―工件界面上的切削溫度或與之接近部位的溫度。切削溫度的測(cè)量很困難，常用的有自然熱電偶、人工熱電偶和紅外線(xiàn)幅射法。

　　某高校做了調(diào)質(zhì)鋼與淬硬鋼的車(chē)削溫度試驗(yàn)。調(diào)質(zhì)鋼：ap=0.2～0.5mm, f=0.2～0.5mm/r, v=700～1000m/min。淬硬鋼：ap=0.15～0.3mm,f=0.1～0.25mm/r,

　　v =100～400m/min。用紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫度，其結(jié)果如表所示。

表 高速車(chē)削切削溫度經(jīng)驗(yàn)公式

　　看來(lái)，表中的數(shù)據(jù)尚值得推敲。

　　過(guò)去，在切削速度小于200m/min時(shí)車(chē)削45鋼時(shí)，切削溫度三因素公式為

　　θ=C v0.41f 0.14ap0.04

　　某大學(xué)用人工熱電偶法測(cè)量高速下的銑削溫度，其結(jié)果如圖4、圖5所示：

圖4 銑削溫度(45鋼)

圖5 銑削溫度(鋁合金5A02)

　　德國(guó)薩洛蒙(Carl J. Salomon)博士于1924～1931年用大直徑圓鋸片對(duì)有色金屬進(jìn)行了銑鋸切削試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)，當(dāng)切削速度增加，切削溫度提高，到一定的切削速度，切削溫度最高;再提高切削速度，切削溫度反而下降(圖6)。后來(lái)，又將此現(xiàn)象推廣到其他工件材料。當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)后來(lái)全部丟失，工作人員已經(jīng)無(wú)存，用什么方法測(cè)溫也不清楚。很多人認(rèn)為圖中的曲線(xiàn)不可信。多數(shù)人認(rèn)為，切削溫度不存在一個(gè)最高值(峰點(diǎn))，切削速度提到很高時(shí)，切削溫度仍應(yīng)緩慢上升。

圖6 Salomon的高速切削溫度曲線(xiàn)

　　某大學(xué)研制了一臺(tái)高速鋸床，用高速鋼鋸片(直徑φ200mm,厚3mm，60刀齒)，最高轉(zhuǎn)速為24000r/min,用以鋸切低碳鋼管(φ20mm,厚1.5mm)和鋁板(厚10mm)，進(jìn)行了測(cè)力、測(cè)溫的試驗(yàn)，最高切削速度達(dá)每分鐘萬(wàn)米以上。因鋸切切削面積不固定，切削時(shí)間很短，力、溫測(cè)量不易測(cè)準(zhǔn)，但是沈陽(yáng)理工大學(xué)所做的工作仍是十分可貴的。

　　某大學(xué)用SG-4陶瓷工具端銑T10A淬硬工具鋼(HRC58～65)，v=110～177m/min, ap=0.1～0.5mm, fz=0.05～0.127mm/z, 銑削寬度B=40、70、100mm，銑刀直徑do=160、125、80mm，切削溫度θ=17.5 v 1.55 ap0.91 fz1.44 B0.46do-0.31(℃)。

　　某大學(xué)還做了陶瓷刀具車(chē)削幾種硬材料的切削溫度試驗(yàn)。