钛合金插铣过程切削区温度分布研究

论文摘要

插铣作为一种新型的加工方式,以其较高的加工效率,越来越被更多行业认可。切削热是插铣加工过程中重要的物理现象之一,切削时所消耗的能量大部分转化为热能,引起刀具磨损,影响工件加工精度和加工表面完整性,在很大程度上决定加工的成本,因此了解刀具切削刃附近区域的温度分布是相当重要的。但是目前世界上对插铣温度场的研究仍然非常少,本文针对难加工材料钛合金插铣加工中的切削区温度场分布进行了研究。首先,基于金属切削理论、传热学等基础理论,根据插铣铣削加工方式的特点,应用热源迭加法,对切削区温度场进行解析,建立了插铣过程中切削区温度场理论解析模型。其次,采用夹丝半人工热电偶法结合红外热像仪测量切削区温度,对插铣加工时工件内部及表面温度进行了测量。红外热像仪的加入证明了在实验过程中采用夹丝热电偶测得的数据是准确可靠的。插铣加工中实验数据的采集,也为温度场理论解析模型中参数的确定提供了实际依据。最后,通过有限元分析软件ABAQUS,采用给定热源法对一定切削参数下的工件切削温度场进行了有限元仿真分析。经比较,仿真结果、实验测量值及理论模型计算值三者具有良好的一致性。以上研究结果为钛合金插铣温度场的进一步研究提供了理论依据,为刀具磨损机理的探讨、刀具的设计与制造、切削加工参数的选择以及已加工表面质量的控制等提供了一些参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的提出
• 1.2 插铣概述
• 1.3 钛合金的特性
• 1.4 切削温度研究现状
• 1.4.1 切削温度研究综述
• 1.4.2 切削温度测量方法综述
• 1.4.3 有限元法在切削温度研究中的应用
• 1.5 本课题的研究内容
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 论文结构
• 第二章 插铣过程切削区温度场分布的理论计算
• 2.1 传热学基础
• 2.1.1 温度场
• 2.1.2 傅立叶导热定律
• 2.1.3 固体导热微分方程
• 2.2 热源法迭加求解温度场
• 2.2.1 瞬时点热源温度场
• 2.2.2 瞬时无限长线热源温度场
• 2.2.3 瞬时无限大面热源温度场
• 2.2.4 高速运动持续线热源温度场
• 2.3 插铣温度场分析
• 2.3.1 插铣温度场传热学模型
• 2.3.2 插铣过程切削区温度场解析
• 2.4 本章小结
• 第三章 插铣切削区温度实验测试与分析
• 3.1 实验平台的搭建
• 3.1.1 硬件平台
• 3.1.2 软件平台
• 3.2 切削温度的测量系统
• 3.2.1 热电偶
• 3.2.2 红外热像仪
• 3.3 切削温度测试信号分析
• 3.4 切削温度实验设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 插铣过程切削区温度场分布的有限元模拟
• 4.1 有限元法的基本思想
• 4.2 有限元软件ABAQUS 简介
• 4.2.1 软件功能
• 4.2.2 热分析
• 4.3 插铣切削温度场的ABAQUS 有限元模拟
• 4.3.1 参数计算
• 4.3.2 有限元分析模型的建立
• 4.3.3 材料属性的定义
• 4.3.4 阵列、组合
• 4.3.5 创建热传导分析步
• 4.3.6 施加约束和载荷
• 4.3.7 网格划分和选择单元类型
• 4.3.8 有限元模拟的结果
• 4.4 理论计算、实验测定值与有限元解析仿真的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢