一种加工过程中摩擦热占整体切削热比例的测定方法

摘要

本发明的目的是提供一种材料切削过程中摩擦热占整体切削热比例的测定方法，从而解决切削热来源难以明确的问题，为有效降低切削温度提供基础。现有对切削温度的测量仅能得到切削加工过程中产生的温度，难以有效区分切削温度的来源。本发明通过采用一种摩擦热检测的方法，将加工过程中的摩擦热与切削热进行分离，从而实现两种热量的对比。本发明通过对比常规制孔过程中产生的切削温度与刀具及被加工材料摩擦产生的摩擦温度，可以较为准确的判断切削热中摩擦热所占的比例；通过对切削热来源的准确测定，有利于实现加工过程中刀具材料、切削参数的快速优化。

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工过程研究领域，具体涉及一种加工过程中摩擦热占整体切削热比例的测定方法。

背景技术

材料加工过程中，通常产生大量的切削热。切削热来源的测定对于减低切削温度至关重要。只有在切削热来源测定的基础上，才能提出有效降低切削温度的方法。材料加工过程中，由材料弹性变形所导致的刀具与被加工材料之间的摩擦热是切削热的重要来源之一。

塑性材料加工过程中，材料的塑性变形是切削热的重要来源。然而，在脆性材料的切削过程中，由于脆性材料的塑性变形能力较小，即在较小的塑性变形情况下就产生破碎等现象，因此脆性材料切削过程中由塑性变形导致的切削热通常较小，而刀具与被加工材料之间的摩擦热是切削热的主要来源。特别是在钻削过程中，由于切削区域为半封闭形式，切削热难以有效与外界进行热交换，导致切削区域的温度较高，摩擦热对切削温度的影响更大。如何有效判断材料切削过程中摩擦热占整体切削热的比例，是能否有效降低切削温度的关键因素，也是刀具选择、工艺优化等研究的重要基础。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明提供一种材料切削过程中摩擦热占整体切削热比例的测定方法，从而解决切削热来源难以明确的问题，可以为有效降低切削温度提供基础，也有利于刀具选择、工艺优化的研究。

为达到上述目的本发明所采用的技术方案是一种材料切削过程中摩擦热占整体切削热比例的测定方法，其包括如下步骤：

（1）设置刀具转速及进给量，进行制孔试验，检测制孔过程中的温度，并记录切削时间；

（2）采用相同的刀具转速及进给量进行重新制孔试验，当钻削至被加工材料的一定厚度时，停止刀具的运动；

（3）待步骤（2）中的被加工材料完全冷却后，设置与步骤（1）一致的转速，同时给进量为零，使刀具旋转；

（4）当步骤（3）中刀具的旋转时间与步骤（1）中记录的切削时间一致时，检测温度；

（5）计算步骤（1）中温度变化与步骤（4）中温度变化的比值，得到摩擦热占切削热的比例。

步骤（1）中所述温度的检测采用红外测温仪。

优选，步骤（2）为采用相同的刀具转速及进给量进行重新制孔试验，当钻削至被加工材料厚度的一半时，停止刀具的运动。原因是材料的二分之一处测量的温度值最为准确。由于材料表面的散热面积大，材料表面的温度较低，测量得到的温度与实际切削温度差距较大，加工至材料内部一定深度后，测量所得到的温度更接近于实际切削温度。

步骤（4）中所述温度的检测采用红外测温仪。

步骤（1）中所述检测与步骤（4）中所述检测的测量点的位置保持一致。

本发明的有益效果：现有对切削温度的测量仅能得到切削加工过程中产生的温度，难以有效区分切削温度的来源；本发明通过对比常规制孔过程中产生的切削温度与刀具及被加工材料摩擦产生的摩擦温度，可以较为准确的判断切削热中摩擦热所占的比例；通过对切削热来源的准确测定，有利于实现加工过程中刀具材料、切削参数的快速优化。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步的说明：

图1是切削加工示意图；

图2是加工过程中切削温度的变化；

图3是摩擦温度变化。

图中：1、刀具，2、被加工材料。

具体实施方式

为研究加工过程中摩擦热占整体切削热的比例，采用硬质合金刀具对碳纤维复合材料进行了制孔试验。一种材料切削过程中摩擦热占整体切削热比例的测定方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）设置刀具转速为5000r/min及进给量为30mm/min，复合材料板厚为12mm，刀具直径Φ5mm，进行切削试验，采用红外测温仪对加工温度进行了检测，并记录切削时间为24s，结果表明加工过程中的温度先上升后下降。这是由于复合材料板具有一定的厚度，在对复合材料进行加工时，温度逐渐上升；当刀具钻透复合材料后，温度即逐渐下降。同时，可以看出加工总时间为24s，当加工时间为17s时，加工温度最高为230℃。

（2）采用硬质合金刀具对碳纤维复合材料再次进行制孔试验，复合材料板厚为12mm，采用加工参数为刀具转速5000r/min，刀具进给量30mm/min进行钻削加工，钻削约6mm后停止刀具进给及主轴旋转。

（3）待步骤（2）中的被加工材料冷却15min，从而使工件恢复至环境温度。

（4）设置与步骤（1）一致的转速5000r/min，同时给进量为零，使刀具旋转

，并采用红外测温仪对温度进行检测，持续120s。结果表明，随着时间的推移，摩擦产生的温度逐渐升高。

（5）计算步骤（1）中测量出的温度与步骤（4）中测量出的温度之间的比值，得到摩擦热占切削热的比例。

步骤（1）中所述检测与步骤（4）中所述检测的测量点的位置保持一致。

根据钻削过程中温度的变化以及摩擦温度的变化，即可得到不同时间点时摩擦热占整体切削热的比例。例如，当时间为17s时，钻削温度达到最高值230℃，同时摩擦温度为101.5℃。摩擦温度与钻削温度的比值即为摩擦热占钻削热的比例。因此，当时间为17s时，摩擦热占整体切削热的比例为101.5/230×100%=44.1%。

图2和图3中的同一时间，测量出的温度值一一对应，在整体切削加工时间内，可以计算出0—24s的比值，从而得到摩擦热占整体切削热的比例，但是在17s处的值最为准确。