如何降低钢材切削温度？

1.切削热的产生、传出及对加工的影响

在切削过程中，由于绝大部分的切削功都转变成热量，所以有大量的热产生，这些热称为切削热。

切削热主要有3个热源，如图1-21所示：

（1）切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源。

（2）切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量。

（3）工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。

随着刀具材料、工件材料、切削条件的不同，3个热源的发热量亦不相同。

图1-21　切削热的产生与传出(www.xing528.com)

切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围的介质（如空气）共4条途径传导出去。各部分传导的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料、刀具几何形状、加工方式及是否使用切削液等。用高速钢车刀及与之相适应的切削速度切削钢料时，切削热传出的比例是：切屑传出的热约为50%～86%；工件传出的热约为40%～10%；刀具传出的热约为9%～3%；周围介质传出的热约为1%。传入切屑及介质中的热量越多，对加工越有利。传入工件的切削热，会使工件产生热变形，产生形状和尺寸误差，影响加工精度，特别是加工薄壁零件、细长零件和精密零件时，热变形的影响更大。磨削淬火钢件时，切削温度过高，往往使工件表面产生烧伤和裂纹，影响工件的耐磨性和使用寿命。传入刀具的切削热，比例虽然不大，但由于刀具切削部分体积小、热容量小，因而刀具的温度可达到很高（高速切削时，切削温度可达1 000℃以上），加速了刀具的磨损。

因此，在切削加工中应采取措施减少切削热的产生，同时改善散热条件以减少高温对刀具和工件的不良影响。

2.切削温度及其影响因素

切削温度一般是指切屑、工件和刀具接触区域的平均温度。切削温度的高低除了可用热电偶或其他仪器进行测定外，生产中还常根据切屑的颜色进行大致的判别。如切削碳素结构钢时，切屑呈银白色或淡黄色说明切削温度不高，大约为200℃；切屑呈深蓝色或蓝黑色则说明切削温度很高，大约为320℃或更高。

切削温度的高低取决于切削热量产生的多少和散热的快慢。影响切削温度的主要因素有以下几个。

（1）切削用量。在切削用量三要素中，切削速度对切削温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影响最小。当切削速度增加时，切削功率增加，切削热亦增加；同时由于切屑底层与前刀面强烈摩擦产生的摩擦热来不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，因而使切削温度升高。增大进给量，单位时间内的金属切除量增多，切削热也增加。但进给量对于切削温度的影响，不如切削速度那样显著，这是由于进给量增加，使切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，切削区的温升较小。背吃刀量增加，切削热增加，但切削刃参加工作的长度也增加，改善了散热条件，因此切削温度的上升不明显。从降低切削温度、提高刀具寿命的角度来看，选用大的背吃刀量和进给量，比选用高的切削速度有利。

（2）工件材料。工件材料的强度和硬度越高，切削力和切削功率越大，产生的切削热越多，切削温度越高。即使是同一材料，其热处理状态不同，切削温度也不相同。如45钢在正火状态、调质状态和淬火状态下的切削温度相差悬殊。工件材料的热导率高（如铝、镁合金），切削温度则低。切削脆性材料时，由于塑性变形很小，崩碎切屑与前刀面的摩擦也小，产生的切削热较少。

（3）刀具角度。前角的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦；增大前角，可减少切屑变形，降低切削温度；但当前角过大时，会使刀具的传热条件变差，反而不利于切削温度的降低。减小主偏角，主切削刃的工作长度则增加，改善了散热条件，也可降低切削温度。

（4）切削液。用改变外部条件来影响和改善切削过程，是提高产品质量和生产效率的有效措施之一。其中应用最广泛的是合理选择和使用切削液。切削过程中，喷注足够数量的切削液，能减小摩擦和改善散热条件，带走大量的切削热，可使切削温度降低100～150℃。