切削力與切削熱

　　在切削低溫區(qū)，澆注冷卻的效果好于風(fēng)冷;而在高溫區(qū)泛風(fēng)冷的效果好于澆注冷卻。由圖3可以看到，在自然冷卻、風(fēng)冷(-15℃)和傳統(tǒng)冷卻的切削中，在工藝參數(shù)相同的條件下，自然冷卻切削力最大，亞干式切削力最小。由圖4可知，在自然冷卻、澆注冷卻、風(fēng)冷(-23℃)和亞干式切削中，切削熱依次減少。對此可分析如下：

　　在切削用量相同，刀具幾何參數(shù)一致的情況下，影響切削力的最主要的因素是工件材料、切削時的冷卻狀況和刀具磨損。其中工件材料的物理機(jī)械性能及狀態(tài)影響最大，材料的強(qiáng)度、硬度越高，則創(chuàng)剪應(yīng)力)越大，從而切削力越大。而本試驗(yàn)工件材料、刀具材料均一致，在各切削參數(shù)相同的前提下，切削力應(yīng)基本趨于一致。因此，試驗(yàn)結(jié)果不一致應(yīng)歸結(jié)于冷卻方法的不一致，是不同的冷卻方法改變了切削區(qū)材料的某些性能以及相應(yīng)的刀具磨損狀況。

　　研究表明：低溫切削時體心立方晶格材料易發(fā)生低溫脆化。此時材料的機(jī)械性能受到金屬內(nèi)部晶格位錯影響，在低溫下金屬內(nèi)部位錯熱能低，其塑性變形應(yīng)力比高溫下抗力大，因而能提高材料強(qiáng)度;而低溫脆性是由孿生引起的龜裂所產(chǎn)生的。體心立方晶格金屬引起滑移所需屈服應(yīng)力隨溫度急劇增大，但孿生應(yīng)力因溫度不同而產(chǎn)生的變化不大因此，低溫下孿生應(yīng)力比滑移應(yīng)力小，低溫脆性是由孿生優(yōu)先發(fā)生的。由此可見：低溫強(qiáng)風(fēng)冷卻引發(fā)被切削材料的低溫脆性是切削力小于其它冷卻方法的主要原因;同時低溫降低了切削熱溫度，保護(hù)了力具的切削性能，也從另一側(cè)面延緩因刀具磨損引發(fā)切削力增大的趨勢。

　　在冷風(fēng)冷卻切削中，亞干式切削的切削溫度低于一般的冷風(fēng)切削，這應(yīng)歸功于亞干式切削中添加劑的潤滑作用。金屬切削中所消耗的全部功轉(zhuǎn)化為熱，而熱主要產(chǎn)生在第一變形區(qū)和第二變形區(qū);工件材料在第一變形區(qū)受剪切時，隨著刀具相對于工件的連續(xù)運(yùn)動，剪切應(yīng)力增大，并伴有加工硬化現(xiàn)象，在整個切削寬度上存在著極大的溫度梯度，通常在600℃左右，切削力也由此大大減小;隨著切削在第二變形區(qū)的繼續(xù)進(jìn)行，切屑沿前刀面流出，受到前刀面的擠壓和摩擦作用，使緊挨刀具前刀面的切屑溫度最高可達(dá)750℃左右;在沒有潤滑液、切削溫度很高的情況下，前刀面與切屑是粘結(jié)摩擦或內(nèi)摩擦;當(dāng)潤滑液滲到切屑、刀具與工件的接觸表面之間以后，粘附在金屬表面形成潤滑膜，以此減小切屑與刀具、工件之間的摩擦系數(shù)、減輕粘結(jié)現(xiàn)象，以達(dá)到減小切削力和減少切削熱的目的。

　　另一方面，按照切削方程式f=p/4-b+a(f為剪切角，b為摩擦角，a為刀具前角)，減小摩擦系數(shù)意味著夕變小，協(xié)增大，從而使前刀面與切屑的接觸長度減小，減少了摩擦，因而降低了切削溫度，這種效果是切削液冷卻和亞干式切削所共有的。但在高壓、高溫下油膜厚度會減薄，并部分蒸發(fā)，金屬表面的凸凹不平極易破壞油膜，使之趨向于邊界潤滑。因此切削過程中潤滑介質(zhì)的潤滑作用取決于潤滑介質(zhì)的潤滑性能與其滲透性、成膜能力等：亞干式切削過程中切削區(qū)材料有低溫脆性、添加劑的滲透作用強(qiáng)，使之較切削液冷卻時的切削溫度更低。