热缩夹头感应加热温度场研究

论文摘要

目前,在机床工具系统中,热缩工具系统得到了广泛的应用。因为结合了感应加热技术的效率高、控制精确、污染少等特点,又因其自身具有夹持精度高、夹持力强、抗弯曲刚度高和动平衡性能好等优点,所以已成为高速加工中心的标准配置。本文以热缩夹头感应加热温度场数值模拟为切入点,开展热缩夹头感应加热行为的研究。本文来源于科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”研究课题:“高速数控机床用高精度、智能化新型工具系统”。主要内容为热缩夹头感应加热的理论分析、数值模拟及实验研究。首先,热缩夹头属于新型工具系统,因此对其结构与优势做了详尽描述,并且分析了热缩夹头的发展现状与动态。其次,基于热缩夹头感应加热的基本原理,推导出了热缩夹头感应加热电磁场与涡流场分布的理论方程,及感应加热的集肤效应与透入深度。然后,建立了热缩夹头感应加热计算模型,采用有限元软件ANSYS进行了数值模拟,提取出电磁场、温度场仿真结果。最后,设计了一套实验方案对三个不同型号热缩夹头进行了实验分析,并对实验数据进行了处理,基于实验数据,建立了热缩夹头温度场模型。通过数值模拟提取出热缩夹头电磁场的磁力线与磁场强度分布图,进一步对比所推导的电磁场分布理论方程。将数值模拟所得的热缩夹头温度场结果与实验所得的结果进行对比分析。基于以上研究,提供了一种热缩夹头感应加热研究的方法,为热缩夹头几何参数优化及感应加热参数优化等奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 热缩夹头的发展现状与动态
• 1.2.1 热缩夹头概述
• 1.2.2 热缩夹头研究现状
• 1.2.3 热缩夹头发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 热缩夹头感应加热基本原理
• 2.1 热缩机与电磁感应应用
• 2.2 热缩夹头感应加热原理
• 2.2.1 集肤效应
• 2.2.2 热缩夹头电磁场仿真
• 2.2.3 透入深度
• 2.3 本章小结
• 第3章 热缩夹头感应加热数值模拟
• 3.1 ANSYS 软件中的耦合场分析
• 3.2 热缩夹头感应加热计算模型的建立
• 3.2.1 热缩夹头感应加热问题描述和假设
• 3.2.2 热缩夹头材料属性
• 3.3 热缩夹头感应加热模拟与分析
• 3.3.1 感应加热前处理
• 3.3.2 感应加热耦合场求解
• 3.3.3 感应加热后处理
• 3.4 感应加热数值模拟一些问题的处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于实验的热缩夹头温度场模型
• 4.1 热缩夹头感应加热实验装置
• 4.1.1 刀具热装机
• 4.1.2 红外测温仪及辅助设备
• 4.2 热缩夹头感应加热实验
• 4.2.1 感应加热实验系统组成
• 4.2.2 实验过程与结果
• 4.3 热缩夹头温度场模型的建立
• 4.3.1 热缩夹头感应加热实验数据处理
• 4.3.2 热缩夹头温度场模型
• 4.3.3 实验与数值模拟对比分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢