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木材切削时的发热现象与刀具温度以及温度上升的原因

发布时间:2013-11-04 21:02    来源:未知

一、木材切削中发热现象
    木材切削所消耗的能量中,除消耗于加工面和切屑中的应变能量外,大部分都转化为热。我们把由切削转化成的热称为切削热( heat of cutting)。切削热会加热刀具、切屑和加工面,因而使它们的温度上升。
木材切片机切削时的发热区域
    切削热主要发生在切削刃前方工件发生塑性变形的区域,即前刀面和切削以及后刀面和工件接触产生摩擦的区域(图1-17)。金属切削加工时,其切削能量大约70%消耗于剪切变形,因此发热区主要集中在从刀具的刃口延伸到剪断面,以及前刀面与切屑发生摩擦区域。但木材切削时,由于切削变形所需的力比金属要小很多,切削速度要高近百倍,因此通常条件下,木材切削时前刀面上的摩擦发热最为重要。出于已加工表面的弹性恢复较大,后刀面的摩擦发热也不可忽视。锯切和钻削加工这类闭式切削,与切屑形成无直接关系的刀具部分也会与切削面发生摩擦而发热。
    切削热不仅会使切削刀具温度升高,还会提高切屑和工件温度。但木材切削时刀具以外的温度基本都不讨论。所以说到切削温度,一般都是指刀具温度。
二、刀具温度
    刀具温度升高引起的结果有两个,一方面是刃温度上升会加速刀具的磨损;另一方面是刀本体不均匀的温度分布,会使刀具丧失其原有的稳定性。前者是由于刀具材料在高温时硬度降低,或发生热劣化;后者与刀具自身的热膨胀和热应力有关,圆锯片的热压出曲失稳和带锯条的屈服强度降低等都与圆锯片半径方向和带锯条宽度方向的温度分布有关。
三、刀具温度上升的原因
    刀具切削时,刀齿与切屑和工件接触部分摩擦生热,同时齿尖的热量向整个刀刃和刀体以热传导的形式扩散热量,然后,再向周围环境辐射散热。因此,刀具温度的问题最终要归结于求解界面间稳定和非稳定的热传导问题.而温度分布取决于接触面单位时间传递的热量、接触面积、热量传递持续的时问、刀具的形状和热物理特性、周围环境的温度和气流速度等。
木材切片机
     刀具温度随时间的变化规律与刀具的受热状态有关,即决定于切削方式。车削和钻削,在确定时间内连续生成切屑,在刀具与工件接触部位温度最高,且呈直线上升趋势(图1-18),接触部位的温度通常处于稳定状态。铣削和锯切等多刀刃切削时,形成断续的切屑,刃口温度受热也是不连续的,因此刃口温度时而上升,时而下降,刀体温度缓慢匕升。此时刀刃与工件接触的时间越短,温度变化的区域亦越窄。,由于木材切削刀刃与木材工件接触的时问很短,一般仅数毫,秒,因此切削热仅影响到工件接触面下约1mm以内的范围。
    伴随切屑生成而产生的热量以什么样的比例传导到刀具、切屑和加工面将直接关系到它们在切削过程中的温度变化。金属切削时,切削速度越快,则传导到切屑的热量越多。在高速切削时,大部分热量随切屑一起被带走。木材切削时,刀具表面的摩擦是产生热量的主要来源,因为木材的热传导系数比金属刀具要小很多,因此传导到刀具的热量要比金属切削时大很多。
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