切削过程中的各种物理现象都是以变形为基础的。切削层金属是经过第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ变形区的变形后，形成切屑和新表面。由于τs与材料和温度有关，σav随材料、切削用量、刀具参数等的变化而变化，且变化范围很大。（二）积屑瘤在切削塑性材料、切削速度较低时，刀具靠近切削刃的前刀面上粘附着硬度很高的金属团块，如图1-19所示。4）使用切削液，降低切削温度和减小摩擦，都可拟制积屑瘤的产生。......
2023-06-23
切削温度的影响因素及优化措施
【摘要】：切削不锈钢时，用高速钢刀具，其最佳切削温度为280℃～480℃；用硬质合金刀具，其最佳切削温度为＜650℃。但由于切屑带走热量的比例也增大，故切削温度并不随vc的增大而成比例地提高。当进给量f增大时，切削温度随之升高，但其影响程度不如vc大。其中vc的影响最大，f次之，ap最小。3）工件材料工件材料影响切削温度的因素主要有强度、硬度、塑性及导热性能。
通常所说的切削温度，如无特别说明，均是指切削区域（即切屑、工件、刀具接触处）的平均温度。切削温度的高低取决于切削热产生的多少和切削热传散的情况。
生产中常以切屑的颜色判断切削温度的高低。如切削碳素结构钢，切屑颜色和温度的对应关系如下：
银白色——＜200℃；
淡黄色——约220℃；
深蓝色——约300℃；
淡灰色——约400℃；
紫黑色——＞500℃。
对于每种刀具和工件材料的组合，理论上都有一最佳切削温度，在这一温度范围内工件材料的硬度和强度相对于刀具下降较多，使刀具相对切削能力提高、磨损相对减缓。例如：
切削高强度钢时，用高速钢刀具，其最佳切削温度为480℃～650℃；
用硬质合金刀具，其最佳切削温度为750℃～1000℃。
切削不锈钢时，用高速钢刀具，其最佳切削温度为280℃～480℃；
用硬质合金刀具，其最佳切削温度为＜650℃。
1.切削温度对切削过程的影响
1）不利的方面
（1）加剧刀具磨损，降低刀具耐用度；
（2）使工件、刀具变形，影响加工精度。温度升高，工件受热会发生变形。例如车长轴的外圆时，工件的热伸长使加工出的工件呈鼓形度；车中等长轴时，由于车刀可伸长0.03～0.04mm（刀具热伸长始终大于刀具的磨损），所以工件会产生锥度；
（3）工件表面产生残余应力或金相组织发生变化，产生烧伤退火。
2）有利的方面
（1）使工件材料软化，变得容易切削；
（2）改善刀具材料脆性和韧性，减少崩刃；
（3）较高的切削温度，不利于积屑瘤的生成。
2.影响切削温度的主要因素
1）切削用量
（1）切削速度。切削用量中对切削温度影响最大的是切削速度vc。随着vc的提高，切削温度显著提高。因为当切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈摩擦，因而产生大量的热量。但由于切屑带走热量的比例也增大，故切削温度并不随vc的增大而成比例地提高。
（2）进给量。当进给量f增大时，切削温度随之升高，但其影响程度不如vc大。这是因为f增大时，切削厚度增加，切屑的平均变形减小，加之进给量增加会使切屑与前刀面的接触区域增加，即散热面积AD略有增大。
（3）切削深度。切削深度ap对切削温度的影响最小。这是因为ap增加时，刀刃工作长度成比例增加，即散热面积AD也成正比增加，但切屑中部的热量传散不出去，所以切削温度略有上升。
实验得出，vc增加一倍，切削温度增加20%～33%；f增加一倍，切削温度大约增加10%；ap增加一倍，切削温度大约只增加3%。
通过上述分析可见，随着切削用量vc、f、ap的增大，切削温度也会提高。其中vc的影响最大，f次之，ap最小。因此，在切削效率不变的条件下，通过减小切削速度来降低切削温度，比减小f或ap更为有利。
2）刀具几何角度
前角γo与主偏角κr的影响最明显（如图3－17所示）。实验证明，γo从10°增加到18°，切削温度下降15%，这是因为切削层金属在基本变形区和前刀面摩擦变形区变形程度随前角增大而减小。但是前角过分增大会影响刀头的散热能力，即切削热因散热体积减小不能很快传散出去。例如，γo从18°增加到25°，切削温度大约只能降低5%。
图3－17 前角γo对切削温度的影响
工件材料：45钢；刀具材料：W18Cr4V；κr＝75°，αo＝6°；切削用量：ap＝1.5mm，f＝0.2mm／r，vc＝20m／min
主偏角κr减小会使主切削刃工作长度增加，散热条件相应改善。另外，κr减小会使刀头的散热体积增大，也有利于散热。因此，可采用较小的主偏角来降低切削温度，如图3－18所示。
刀尖圆弧半径γε增大会使刀具切削刃的平均主偏角κrav减小，切削宽度bD增大，刀具传热能力增大，切削温度降低。
3）工件材料
工件材料影响切削温度的因素主要有强度、硬度、塑性及导热性能。工件材料的强度与硬度越高，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度就越高；在强度、硬度大致相同的条件下，塑性、韧性好的金属材料塑性变形较严重，因变形而转变成的切削热较多，所以切削温度也较高；工件材料的导热性能好，有利于切削温度的降低。例如，不锈钢1Cr18Ni9Ti的强度、硬度虽低于45钢，但其导热系数小于45钢（约为45钢的1／4），且切削温度却比45钢高40%。
图3－18 主偏角kr与切削温度的关系
工件材料：45钢；刀具材料：YT15；γo＝15°；切削用量：ap＝2mm，f＝0.2mm／r
4）刀具磨损
刀具磨损后切削刃变钝，刀具与工件间的挤压力和摩擦力增大，功耗增加，产生的切削热多，切削温度因而提高。
5）切削液
切削液可减小切屑、刀和工件之间的摩擦并带走大量的切削热，因此，可有效地能降低切削温度。
综上，为减小切削力，增大f比增大ap有利。但从降低切削温度来考虑，增大ap又比增大f有利。由于f的增大使切削力和切削温度的增加都较小，但却使材料切除率成正比例提高，所以采用大进给量切削具有较好的综合效果，特别是在粗、半精加工中得到广泛应用。
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