高速切削溫度場(chǎng)建模仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、切削溫度是反映高速切削加工過程的一個(gè)重要物性指標(biāo)，是影響刀具磨損、刀具壽命、產(chǎn)品表面完整性和加工質(zhì)量的重要因素。因此，對(duì)切削溫度分布及其變化規(guī)律的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文以AISI1045鋼的高速切削過程為主要研究對(duì)象，應(yīng)用數(shù)值模擬方法，結(jié)合理論分析和加工試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了高速切削過程的溫度場(chǎng)及變化規(guī)律，主要研究工作包括： 針對(duì)切削熱產(chǎn)生的兩個(gè)主要熱源，把工件和切屑看成統(tǒng)一體，建立更符合實(shí)際加工過程的切削區(qū)溫度場(chǎng)傳熱

2、模型。引入剪切面的鏡像熱源，采用修正的Hahn斜剪切熱源法，計(jì)算出剪切熱源單獨(dú)作用下的切削溫度；引入關(guān)于切屑外表面的刀/屑摩擦鏡像熱源，采用修正的Jaeger移動(dòng)熱源法求解刀/屑摩擦熱源產(chǎn)生的切屑溫度分布方程：采用靜態(tài)矩形熱源法計(jì)算刀/屑摩擦熱源單獨(dú)作用時(shí)的刀具溫度場(chǎng)，根據(jù)Block熱流分配原則，求出強(qiáng)度不均勻分布熱源作用下的溫度方程：最后求出剪切熱源和刀/屑摩擦熱源二者共同作用時(shí)工件、切屑和刀具的溫度場(chǎng)。該模型無需切屑和工件的熱量分配

3、比，簡(jiǎn)化了求解條件，為溫度場(chǎng)的理論研究提供了一種新的分析方法，同時(shí)也為數(shù)值仿真和試驗(yàn)研究奠定了良好的理論基礎(chǔ)。 基于有限元的基本原理，針對(duì)切削過程中獨(dú)特的非線性問題，采用非線性有限元法進(jìn)行理論分析，用Newton-Raphson法求解非線性方程組；針對(duì)熱力耦合問題，采用熱塑性有限元法分析切削過程溫度場(chǎng)問題，用變形和傳熱分開迭代的方法求解切削溫度場(chǎng)。根據(jù)金屬切削原理及溫度場(chǎng)的有限元理論，深入研究材料本構(gòu)模型、刀/屑接觸摩擦、切屑分

4、離等關(guān)鍵物理環(huán)節(jié)，建立了正交切削的有限元模型?；诟吕窭嗜辗ê腿我饫窭嗜眨ˋLE）法，通過大型商業(yè)有限元分析軟件DEFORM對(duì)AISI1045鋼的高速切削過程進(jìn)行二維和三維模擬，分析了高速切削過程的溫度分布及其變化規(guī)律，得到了較理想的仿真結(jié)果，驗(yàn)證了所建模型的正確性。重點(diǎn)分析了切削參數(shù)（切削速度、進(jìn)給量、切削深度等）、刀具參數(shù)（倒棱刃、倒圓刃、涂層材料等）和材料本構(gòu)模型等單因素條件對(duì)切削溫度的影響以及鋸齒狀切屑的形成機(jī)理和溫度分布