切削熱與切削溫度是切削過程中產(chǎn)生的又一重要物理現(xiàn)象。切削時(shí)做的功，可轉(zhuǎn)化為等量的熱。功削熱除少量散逸在周圍介質(zhì)中外，其余均傳入刀具、切屑和工件中，并使它們溫度升高，引起工件變形、加速刀具磨損。因此，研究切削熱與切削溫度具有重要的實(shí)用意義。

一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)

切削熱是由切削功轉(zhuǎn)變而來的。如下圖所示，其中包括：剪切區(qū)變形功形成的熱QP、切屑與前刀面摩擦功形成的熱Qrf、已加工表面與后刀面摩擦功形成的熱Qαf,因此，切削時(shí)共有三個(gè)發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與已加工表面接觸區(qū)，如圖示，三個(gè)發(fā)熱區(qū)與三個(gè)變形區(qū)相對(duì)應(yīng)。所以，切削熱的來源就是切屑變形功和前、后刀面的摩擦功。

產(chǎn)生總的切削熱Q，分別傳入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周圍介質(zhì)Qr。切削熱的形成及傳導(dǎo)關(guān)系為：

切削塑性金屬時(shí)切削熱主要由剪切區(qū)變形熱和前刀面摩擦熱形成；切削脆性金屬時(shí)則后刀面摩擦熱占的比例較多。

二、切削溫度的計(jì)算與測(cè)量

盡管切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度，切削溫度一般指切削區(qū)域的平均溫度θ。
通過切削區(qū)域產(chǎn)生的變形功、摩擦功和熱傳導(dǎo)，可以近似推算出切削溫區(qū)值。切削溫度是由切削時(shí)消耗總功形成的熱量引起的。單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱q等于消耗的切削功率Pm，即

切削溫度的測(cè)量方法很多，見下圖。

①自然熱電偶法 自然熱電偶法主要是用于測(cè)定切削區(qū)域的平均溫度。
②人工熱電偶法 人工熱電偶法是用于測(cè)量刀具、切屑和工件上指定點(diǎn)的溫度，用它可求得溫度分布場(chǎng)和最高溫度的位置。
三、影響切削溫度的主要因素

根據(jù)理論分析和大量的實(shí)驗(yàn)研究知，切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、刀具磨損和切削液的影響，以下對(duì)這幾個(gè)主要因素加以分析。
分析各因素對(duì)切削溫度的影響，主要應(yīng)從這些因素對(duì)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量和傳出的熱量的影響入手。如果產(chǎn)生的熱量大于傳出的熱量，則這些因素將使切削溫度增高；某些因素使傳出的熱量增大，則這些因素將使切削溫度降低。

1、切削用量的影響

切削用量是影響切削溫度的主要因素。通過測(cè)溫實(shí)驗(yàn)可以找出切削用量對(duì)切削溫度的影響規(guī)律。通常在車床上利用測(cè)溫裝置求出切削用量對(duì)切削溫度的影響關(guān)系，并可整理成下列一般公式：

切削速度對(duì)切削溫度影響最大，隨切削速度的提高，切削溫度迅速上升。進(jìn)給量對(duì)切削溫度影響次之，而背吃力量ap變化時(shí)，散熱面積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化，故ap對(duì)切削溫度的影響很小。

2、刀具幾何參數(shù)的影響

切削溫度θ隨前角γo的增大而降低。這是因?yàn)榍敖窃龃髸r(shí)，單位切削力下降，使產(chǎn)生的切削熱減少的緣故。但前角大于18°～20°后，對(duì)切削溫度的影響減小，這是因?yàn)樾ń亲冃《股狍w積減小的緣故。（圖2.28）

主偏角Κr減小時(shí)，使切削寬度hD增大，切削厚度hD減小，因此，切削變形和摩擦增大，切削溫度升高。但當(dāng)切削寬度hD增大后，散熱條件改善。由于散熱起主要作用，故隨著主偏角kr減少，切削溫度下降。

負(fù)倒棱bγ1在(0—2)f 范圍內(nèi)變化，刀尖圓弧半徑re在0—1.5mm范圍內(nèi)變化，基本上不影響切削溫度。因?yàn)樨?fù)倒棱寬度及刀尖圓弧半徑的增大，會(huì)使塑性變形區(qū)的塑性變形增大，但另一方面這兩者都能使刀具的散熱條件有所改善，傳出的熱量也有所增加，兩者趨于平衡，所以對(duì)切削溫度影響很小。

3、工件材料的影響

工件材料的強(qiáng)度（包括硬度）和導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)切削溫度的影響是很大的。由理論分析知，單位切削力是影響切削溫度的重要因素，而工件材料的強(qiáng)度（包括硬度）直接決定了單位切削力，所以工件材料強(qiáng)度（包括硬度）增大時(shí)，產(chǎn)生的切削熱增多，切削溫度升高。工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)則直接影響切削熱的導(dǎo)出。

4、刀具磨損的影響

在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對(duì)切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。合金鋼的強(qiáng)度大，導(dǎo)熱系數(shù)小，所以切削合金鋼時(shí)刀具磨損對(duì)切削溫度的影響，就比切碳素鋼時(shí)大。

5、切削液的影響

切削液對(duì)切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關(guān)系。從導(dǎo)熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。
四、切削溫度對(duì)工件、刀具和切削過程的影響

切削溫度高是刀具磨損的主要原因，它將限制生產(chǎn)率的提高；切削溫度還會(huì)使加工精度降低，使已加工表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及其它缺陷。
（1）切削溫度對(duì)工件材料強(qiáng)度和切削力的影響?yīng)?br/>切削時(shí)的溫度雖然很高，但是切削溫度對(duì)工件材料硬度及強(qiáng)度的影響并不很大；剪切區(qū)域的應(yīng)力影響不很明顯。
（2）對(duì)刀具材料的影響
適當(dāng)?shù)靥岣咔邢鳒囟?，?duì)提高硬質(zhì)合金的韌性是有利的。
（3）對(duì)工件尺寸精度的影響
（4）利用切削溫度自動(dòng)控制切削速度或進(jìn)給量
（5）利用切削溫度與切削力控制刀具磨損

第六節(jié) 刀具的磨損和刀具壽命

一、刀具磨損的形態(tài)及其原因

切削金屬時(shí)，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要發(fā)生損壞。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類。前者是連續(xù)的逐漸磨損，屬正常磨損；后者包括脆性破損（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等）和塑性破損兩種，屬非正常磨損。
刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導(dǎo)致切削力加大、切削溫度升高，甚至產(chǎn)生振動(dòng)，不能繼續(xù)正常切削。因此，刀具磨損直接影響加工效率、質(zhì)量和成本。

刀具正常磨損的形式有以下幾種：

1.前刀面磨損 2.后刀面磨損 3.邊界磨損(前、后刀面同時(shí)磨損)

從對(duì)溫度的依賴程度來看，刀具正常磨損的原因主要是機(jī)械磨損和熱、化學(xué)磨損。機(jī)械磨損是由工件材料中硬質(zhì)點(diǎn)的刻劃作用引起的，熱、化學(xué)磨損則是由粘結(jié)（刀具與工件材料接觸到原子間距離時(shí)產(chǎn)生的結(jié)合現(xiàn)象）、擴(kuò)散（刀具與工件兩摩擦面的化學(xué)元素互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散、腐蝕)等引起的。

(1)磨粒磨損
在切削過程中，刀具上經(jīng)常被一些硬質(zhì)點(diǎn)刻出深淺不一的溝痕。磨粒磨損對(duì)高速鋼作用較明顯。
(2)粘結(jié)磨損
刀具與工件材料接觸到原子間距離時(shí)產(chǎn)生的結(jié)合現(xiàn)象，稱粘結(jié)。粘結(jié)磨損就是由于接觸面滑動(dòng)在粘結(jié)處產(chǎn)生剪切破壞造成。低、中速切削時(shí)，粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金刀具的主要磨損原因。
(3)擴(kuò)散磨損
切削時(shí)在高溫作用下，接觸面間分子活動(dòng)能量大，造成了合金元素相互擴(kuò)散置換，使刀具材料機(jī)械性能降低，若再經(jīng)摩擦作用，刀具容易被磨損。擴(kuò)散磨損是一種化學(xué)性質(zhì)的磨損。
(4)相變磨損
當(dāng)?shù)毒呱献罡邷囟瘸^材料相便溫度時(shí)，刀具表面金相組織發(fā)生變化。如馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，使硬度下降，磨損加劇。因此，工具鋼刀具在高溫時(shí)均用此類磨損。
(5)氧化磨損
氧化磨損是一種化學(xué)性質(zhì)的磨損。

刀具磨損是由機(jī)械摩擦和熱效應(yīng)兩方面因素作用造成的。
1）在低、中速范圍內(nèi)磨粒磨損和粘結(jié)磨損是刀具磨損的主要原因。通常拉削、鉸孔和攻絲加工時(shí)的刀具磨損主要屬于這類磨損。
2）在中等以上切削速度加工時(shí)，熱效應(yīng)使高速鋼刀具產(chǎn)生相變磨損、使硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散和氧化磨損。

二、刀具磨損過程、磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命

1、刀具磨損過程
隨著切削時(shí)間的延長(zhǎng)，刀具磨損增加。根據(jù)切削實(shí)驗(yàn)，可得圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線。該圖分別以切削時(shí)間和后刀面磨損量VB（或前刀面月牙洼磨損深度KT）為橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)。從圖可知，刀具磨損過程可分為三個(gè)階段：

1.初期磨損階段 2.正常磨損階段 3.急劇磨損階段
二、刀具磨損過程、磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命

1、刀具磨損過程
隨著切削時(shí)間的延長(zhǎng)，刀具磨損增加。根據(jù)切削實(shí)驗(yàn)，可得圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線。該圖分別以切削時(shí)間和后刀面磨損量VB（或前刀面月牙洼磨損深度KT）為橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)。從圖可知，刀具磨損過程可分為三個(gè)階段：

1.初期磨損階段 2.正常磨損階段 3.急劇磨損階段

2、刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)
刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用。這個(gè)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定后刀面上均勻磨損區(qū)的高度VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。
3、刀具的耐用度（刀具壽命）
一把新刀（或重新刃磨過的刀具）從開始切削至磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間，稱為刀具的耐用度，用T分鐘表示。又稱為刀具壽命。

三、刀具的破損

刀具破損和刀具磨損一樣，也是刀具失效的一種形式。刀具在一定的切削條件下使用時(shí)，如果它經(jīng)受不住強(qiáng)大的應(yīng)力（切削力或熱應(yīng)力），就可能發(fā)生突然損壞，使刀具提前失去切削能力，這種情況就稱為刀具破損。破損是相對(duì)于磨損而言的。從某種意義上講，破損可認(rèn)為是一種非正常的磨損。刀具的破損有早期和后期（加工到一定的時(shí)間后的破損）兩種。刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損兩種。硬質(zhì)合金和陶瓷刀具在切削時(shí)，在機(jī)械和熱沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生脆性破損。脆性破損又分為：
1.崩刀 2.碎斷 3.剝落 4.裂紋破損。

四、刀具的狀態(tài)監(jiān)控

如前所述，刀具損壞的形式主要是磨損和破損。在現(xiàn)代化的生產(chǎn)系統(tǒng)（如FMS、CIMS等）中，當(dāng)?shù)毒甙l(fā)生非正常的磨損或破損時(shí)，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，將導(dǎo)致工件報(bào)廢，甚至機(jī)床損壞，造成很大的損失。因此，對(duì)刀具狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控非常重要。

刀具破損監(jiān)測(cè)可分為直接監(jiān)測(cè)和間接監(jiān)測(cè)兩種。所謂直接監(jiān)測(cè)，即直接觀察刀具狀態(tài)，確認(rèn)刀具是否破損。其中最典型的方法是ITV（Industrial Television， 工業(yè)電視）攝像法。間接監(jiān)測(cè)法即利用與刀具破損相關(guān)的其它物理量或物理現(xiàn)象，間接判斷刀具是否已經(jīng)破損或是否有即將破損的先兆。這樣的方法有測(cè)力法、測(cè)溫法、測(cè)振法、測(cè)主電機(jī)電流法和測(cè)聲發(fā)射法等。

五、刀具壽命(刀具耐用度)的選擇原則

切削用量與刀具壽命有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。

比較最高生產(chǎn)率耐用度Tp與最低生產(chǎn)成本耐用度Tc可知：Tc＞Tp。生產(chǎn)中常根據(jù)最低成本來確定耐用度，但有時(shí)需完成緊急任務(wù)或提高生產(chǎn)率且對(duì)成本影響不大的情況下，也選用最高生產(chǎn)率耐用度。刀具耐用度的具體數(shù)值，可參考有關(guān)資料或手冊(cè)選用。

選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)：
（1）根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。
（2）對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15—30min。
（3）對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。
（4）車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選得低些；當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支 M較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選得低些。
（5）大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來確定。

六、影響刀具耐用度Ｔ因素　

1、切削用量
切削用量對(duì)刀具耐用度Ｔ的影響規(guī)律如同對(duì)切削溫度的影響。
切削速度vc、 背吃刀量（切削深度）ap、進(jìn)給量增大，使切削溫度提高，刀具耐用度Ｔ下降。
Vc影響最大、 進(jìn)給量f其次，ap影響最小。(刀具耐用度Ｔ計(jì)算公式2.28）
根據(jù)刀具耐用度合理數(shù)值T計(jì)算的切削速度稱為刀具耐用度允許的切削速度，用VT表示
其計(jì)算式為：

顯然低成本允許的切削速度低于高生產(chǎn)率允許的切削速度。

2、工件材料
（1）硬度或強(qiáng)度提高，使切削溫度提高，刀具磨損加大，刀具耐用度Ｔ下降。
（2）工件材料的延伸率越大或?qū)嵯禂?shù)越小，切削溫度越高，刀具耐用度Ｔ下降。

3、刀具幾何角度
（1）前角對(duì)刀具耐用度的影響呈“駝峰形”。
（2）主偏角Κr減小時(shí)，使切削寬度bD增大，散熱條件改善，故切削溫度下降，刀具耐用度Ｔ提高。

4、刀具材料
刀具材料的高溫硬度越高、越耐磨，刀具耐用度Ｔ越高。
加工材料的延伸率越大或?qū)嵯禂?shù)越小，均能使切削溫度升高因而使刀具耐用度T降低。