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《基于有限元模拟的高速切削中切削热的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、60工具技术*基于有限元模拟的高速切削中切削热的研究何振威全燕鸣乐有树华南理工大学摘要:基于有限元分析软件DEFORM-2D建立了典型的正交切削模型,模拟分析后得到切屑厚度、刀屑接触长度和X、Y方向切削分力等参数值;结合剪切面及前刀面接触区的平均温度和切削热解析法,研究了高速切削中切削热在切屑、工件和刀具部分的量化分配规律。关键词:有限元,高速切削,切削热,切削温度StudyonCuttingHeatinHigh-SpeedCuttingBasedonFEMSimulationHeZhenweiQuanYanmingYueYoushuAbstract
2、:ThetypicalorthogonalcuttingmodelwasbuiltbasedonDEFORM-2D,andthevaluesofseveralparameters,suchaschipthickness,contactlengthbetweenthetoolandthechip,andcomponentforcesinXYdirectionwereobtainedthroughtheresultofsimulation.Also,combiningtheoreticalanalysismethodofcuttingtemperaturewiththe
3、FEA,thedistributionofcuttingheatincomponentsofchip,workpieceandtoolwasresearched.Keywords:FEM,High-speedcutting,Cuttingheat,Cuttingtemperature[5]介绍的切削温度和切削热解析法研究高速切削1引言中切削热在切屑、工件和刀具的量化分配规律。切削温度与切削热一直都是金属切削理论研究[2,4,5]的重点与难点,本领域在常规切削速度段的研究中2切削温度与切削热解析法已经积累了关于切削温度的大量经验。关于切削Loewen和M
4、CShaw于1954年提出切削温度解热,相对切削温度的研究进展和成果而言,尤其是在析法。此法基于如下假设:第一、二变形区切削变形高速切削中关于切削热的研究则要滞后得多。现用功全部转化为热量;变形区热源为平面热源;剪切的教科书中引用的还是前苏联学者于上世纪50年面、刀屑摩擦面和刀工摩擦面热量均匀分布;没代中期得出的常规车削热量实验结果:车削加工中有热能传递到外界环境。切削热的产生源及其分配约50%~86%切削热由切屑带走,40%~10%传入如图1所示。在剪切面处,设单位时间单位面积的刀具,9%~3%传入工件,1%左右通过辐射、对流传热流密度为q1,热量流向切屑的比例
5、为R1(界面热[1]入空气。半个世纪以来有关切削热量测试的研究分配系数),流向工件的比例为1-R1;切屑与前刀成果很少,只检索到Schimidt和Roubik用量热法测面摩擦处,热流密度为q2,热量流向切屑的比例为量钻削时切削热在切屑、工件和刀具方面的量化分[2]R2,流向刀具的比例为1-R2;工件与后刀面摩擦配;美国OhioStateUniversity工程研究中心采用模处,热流密度为q3,热量流向工件的比例为R3,流向拟仿真与实验结合的方法研究切削热,认为80%左刀具的比例为1-R3。右热量由切屑变形产生,18%产生在切屑与刀具接触面上,2%产生在刀刃上。并提出切
6、削热量有三种耗散渠道:大约95%以上由切屑带走,2%传入工件,[3]3%传入刀具;日本学者以试验方法研究了铣削45钢(100~400mmin)和铝(200~800mmin)时切削热[4]的变化规律。与低中速切削相比,高速切削在材料切除率、切屑形成、切削热和切削温度、切削力及刀具磨、破损[5]等方面均有不同的特征。因此,研究高速切削中图1正交切削中热源及热分配示意图的切削热和切削温度具有重要意义。21剪切面平均温度及热量分配比例本文旨在通过有限元模拟和利用文献[2]、[4]、从切屑方面考虑,在剪切面产生的热量流向切*广东省自然科学基金资助项目(项目编号:31
7、323)屑的量为R1q1,剪切面附近的切屑平均温度为2006年第40卷361=R1q1(bDhDcsc)+(1)q2(lfAk3)-s+0sc11(VbDhD)0R2=q(lAk)+q(0377lkL)(6)2f32f22式中bD切削宽度23后刀面处刀工接触面平均温度hD切削厚度后刀面处刀工接触面平均温度为w,其分析剪切角原理类同于刀屑接触处温度分析。由于后刀面上0工件初始温度热流密度、摩擦力等参数值难以确定,因而在实际计c1工件材料在(s+0)2时的比热容算时常忽略。1
