高速切削的切削热和切削温度

　　在切削过程中，切削热的来源是剪切面区域材料变形所做的功和前、后刀面所做的摩擦功，如图1所示。

图1 切削热的来源

　　一部分切削热传到切屑中被切屑带走;一部分热传到工件中;还有一部分热传到刀具中(图1)。据研究，当切削速度提高后，传入切屑而被切屑带走的热量份额加多，而传入工件和刀具的热量份额减小，故工件、刀具升温并不大。

　　日本人用P10立铣刀，切削45钢和A15025铝合金，ap=2mm, f=0.12mm/r。图2为切削热的分配比率。

图2 切削热分配比率

　　某大学做了类似的切削热分配比率曲线(图3)。工件材料为45钢(热轧)，车刀用YT15刀片，ap=0.8mm, f=0.12mm/r, v =400～800m/min。如图3所示，当v=400m/min时，Rc=49.4%, Rw=46.7%, RT=3.9%。当v=800m/min时, Rc=69.4%，Rw=28.7%, RT=2.3%。故在高速时RW与RT均显著减小。

图3 切削热分配比率

　　Rc、Rw和RT只能说明切削热分配比率，最重要的还是前刀面―切屑和后刀面―工件界面上的切削温度或与之接近部位的温度。切削温度的测量很困难，常用的有自然热电偶、人工热电偶和红外线幅射法。

　　某高校做了调质钢与淬硬钢的车削温度试验。调质钢：ap=0.2～0.5mm, f=0.2～0.5mm/r, v=700～1000m/min。淬硬钢：ap=0.15～0.3mm,f=0.1～0.25mm/r,

　　v =100～400m/min。用红外测温仪测量温度，其结果如表所示。

表 高速车削切削温度经验公式

　　看来，表中的数据尚值得推敲。

　　过去，在切削速度小于200m/min时车削45钢时，切削温度三因素公式为

　　θ=C v0.41f 0.14ap0.04

　　某大学用人工热电偶法测量高速下的铣削温度，其结果如图4、图5所示：

图4 铣削温度(45钢)

图5 铣削温度(铝合金5A02)

　　德国萨洛蒙(Carl J. Salomon)博士于1924～1931年用大直径圆锯片对有色金属进行了铣锯切削试验。发现，当切削速度增加，切削温度提高，到一定的切削速度，切削温度最高;再提高切削速度，切削温度反而下降(图6)。后来，又将此现象推广到其他工件材料。当时的试验数据后来全部丢失，工作人员已经无存，用什么方法测温也不清楚。很多人认为图中的曲线不可信。多数人认为，切削温度不存在一个最高值(峰点)，切削速度提到很高时，切削温度仍应缓慢上升。

图6 Salomon的高速切削温度曲线

　　某大学研制了一台高速锯床，用高速钢锯片(直径φ200mm,厚3mm，60刀齿)，最高转速为24000r/min,用以锯切低碳钢管(φ20mm,厚1.5mm)和铝板(厚10mm)，进行了测力、测温的试验，最高切削速度达每分钟万米以上。因锯切切削面积不固定，切削时间很短，力、温测量不易测准，但是沈阳理工大学所做的工作仍是十分可贵的。

　　某大学用SG-4陶瓷工具端铣T10A淬硬工具钢(HRC58～65)，v=110～177m/min, ap=0.1～0.5mm, fz=0.05～0.127mm/z, 铣削宽度B=40、70、100mm，铣刀直径do=160、125、80mm，切削温度θ=17.5 v 1.55 ap0.91 fz1.44 B0.46do-0.31(℃)。

　　某大学还做了陶瓷刀具车削几种硬材料的切削温度试验。