高速铣削切削力与温度的分析

论文摘要

在金属切削加工中,切削力、切削温度是反映切削过程的主要指标,通过对切削力、切削温度的研究可提高加工效率和质量,促进国家经济发展。特别是,许多学者对切削力和切削温度的预报作了大量的理论研究工作。但由于影响切削力和切削温度的实际因素众多,切削的过程十分复杂,给建立切削力和切削温度理论模型带来很大的困难。以往的模型大多建立在速度较低的情况下,随着高速切削技术的发展和引起各国的重视,高速切削条件下的力和温度成为各国重点研究的对象。端铣是一种基本的切削加工方式,本课题重点研究端铣时的切削力和切削温度。论文选择铣削中常用的端铣刀,通过解析法和对高速切削过程力学分析,将高速切削时具备的因素引入到端铣中,建立了适合高速加工时的端铣切削力模型。由于模型考虑了低速加工时没有的因素,可作为计算高速端铣切削力的理论依据。建立端铣切削区温度场的传热模型。利用热源法对剪切热源和刀/屑摩擦热源产生的温度场进行理论计算,得出剪切热源产生的工件和切屑的温度场分布方程和刀/屑摩擦热源产生的刀具和切屑的温度场分布方程;并得出了二者共同作用下刀具和切屑的温度场分布方程,进而将此方程引入到端铣中得到端铣切削温度场模型。由于热源法可得出最简单形式的解答,计算结果和实际结果比较接近,因此得出的端铣切削温度场模型可作为计算端铣切削温度的理论依据。应用弹塑性力学讨论了切削变形区的弹、塑性阶段的应力、应变状态和材料进入塑性状态的屈服准则、强化准则及应力与应变的关系。为有限元分析做了充分准备。采用有限元软件ANSYS对金属切削过程进行了仿真,对应力、应变及前刀面摩擦状况等仿真结果进行了分析并将仿真结果与金属切削中的规律进行比较。证明仿真结果符合金属切削中某些规律,具有可信性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 高速铣削力的数学模型研究
• 2.1 金属切削基本理论
• 2.1.1 正交切削模型
• 2.1.2 金属切削中切削层变形理论
• 2.2 高速铣削力的建模
• 2.2.1 高速切削中的切削力学
• 2.2.2 高速铣削力数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 高速铣削温度的数学模型研究
• 3.1 热源法基础理论
• 3.1.1 导热微分方程
• 3.1.2 瞬时点热源的温度场
• 3.1.3 瞬时有限长线热源的温度场
• 3.1.4 运动持续有限长线热源的温度场
• 3.2 高速铣削温度的建模
• 3.2.1 剪切面产生的温度场
• 3.2.2 刀/屑摩擦面产生的温度场
• 3.2.3 剪切热源和刀/屑摩擦热源综合作用下的温度场
• 3.2.4 高速铣削温度数学模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 高速铣削过程的有限元分析
• 4.1 材料塑性变形理论
• 4.1.1 本构方程
• 4.1.2 强化准则
• 4.2 切削过程中的有限元分析
• 4.2.1 弹性阶段的有限元分析
• 4.2.2 塑性阶段的有限元分析
• 4.3 ANSYS软件对二维金属切削过程的数值模拟
• 4.3.1 基于塑性理论建立材料属性
• 4.3.2 切削加工过程的数值模拟
• 4.4 求解结果及分析
• 4.4.1 计算结果及输出方式
• 4.4.2 初始阶段分析
• 4.4.3 稳定切削阶段分析
• 4.4.4 剪切角的测量
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢