【正文】 摘 要高速切削刀具內(nèi)的傳熱分析摘 要高速切削機(jī)理的研究作為高速切削技術(shù)的理論基礎(chǔ)，對(duì)高速切削技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展起重要作用。在高速切削機(jī)理研究中，切削過程中的傳熱研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。鑒于以往針對(duì)刀具內(nèi)的傳熱分析的研究較少，本文用數(shù)值模擬方法對(duì)刀具在切削程過中的傳熱進(jìn)行較為深入地研究。數(shù)值方法是研究高速切削加工機(jī)理的一種有效手段，不僅可以克服試驗(yàn)方法的不足，能夠?qū)η邢鬟^程中切屑形成、切削力、溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變分布等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行定量的預(yù)測(cè)，而且對(duì)節(jié)省加工時(shí)間和成本，提高加工精度具有重要的意義。 本文首先研究了切削過程中切削熱的產(chǎn)生和傳出、切屑—刀具—工件系統(tǒng)的溫度分布，從理論上給出一種求解刀具切削溫度場(chǎng)的方法；然后，使用有限元分析軟件DEFORM模擬了AISI1045鋼的高速切削過程，得到了刀具溫度場(chǎng)的分布情況及切削熱的分配情況，并對(duì)刀具的熱應(yīng)力進(jìn)行了分析，其結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果基本一致；最后，將DEFORM的結(jié)果作為邊界條件，在ANSYS中對(duì)刀具內(nèi)的傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，實(shí)現(xiàn)了通用軟件DEFORM和ANSYS之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，節(jié)省了工作量和工作時(shí)間，這為以后的數(shù)值模擬計(jì)算提供了一種可行的思路和方法。本文分析了切削過程中熱量的分配情況，換熱系數(shù)對(duì)刀具傳熱的影響；墊片的材料對(duì)刀具傳熱的影響。本文的研究結(jié)果表明高速加工可以有效地減少傳入工件和刀具的切削熱比率，這對(duì)提高生產(chǎn)率、加工精度等是有益的；在實(shí)際的金屬切削過程中，采用有效的強(qiáng)化冷卻方式，獲得較高的換熱系數(shù)，對(duì)降低刀具的整體溫度，并且對(duì)抑制刀具在高溫下的化學(xué)活性很有幫助。高速切削時(shí)應(yīng)著重注意切削冷卻，墊片的選擇應(yīng)在首先考慮強(qiáng)度、成本等條件下合理選擇傳熱系數(shù)大的材料。關(guān)鍵詞: 高速切削；有限元；切削溫度；刀具53 ABSTRACTABSTRACTAs the theoretical fundamental of the highspeed cutting (HSC), the research of the mechanism of HSC is the foundation of the application and development of the HSC technology. The research of the cutting heat flux has very important theoretical and practical significance. High efficiency and high precision as the basic characteristics of the highspeed machining has been to bee one of the hot spots of research, and cutting temperature is reflected in highspeed machining process is an important indicator of physical properties, is the impact of tool wear, tool life and surface products The quality and integrity of the process an important factor. Considering that there are very few researching about the cutting tool, the paper carries out the heat flux of the cutting too in the HSC by numerical method. Numerical method is useful in the study of the mechanism of the HSC. It is effective to investigate high speed cutting using numerical method. In this way, not only the disadvantages of the experiments can be conquered, the chip formation, cutting forces, temperature, strains, strain rates, etc in the processes of machining can also be predicted quantitatively. Besides, numerical method is significant in saving time and sources, improving the precisions.In the paper, we make the research about the cutting heat generation and transmission, the temperature of the cutting system. The paper presents a theory for solving method of cutting tool temperature field. The use of finite element analysis software DEFORM simulates the HSC process of the AISI1045 steel. The paper gets the temperature field about the tool, the distribution of cutting heat and the analysis of the tool thermal stress. Experimental results obtained are consistent with the literature conclusions. The paper achieved plementary advantages between the mon software DEFORM and ANSYS, Savings in workload and working hours. This is for the subsequent numerical simulation provides a viable ideas and methods.The paper analysis the cutting process in the distribution of heat，different heat transfer coefficient to the tool heat flux, gasket material on the impact of tool heat transfer. This provides a viable ideas and methods for the subsequent numerical simulation. This study results show that the High Speed Machining can effectively reduce the transmission of the work piece and tool cutting heat ratio, will increase productivity and processing precision. In the actual metal cutting process, it is helpful to reducing the overall temperature of the tool and suppressing the tool’s chemical activity at high temperatures to use the effective cooling method or the higher heat transfer coefficient. In the High Speed Machining progress, we should pay enough attention on the cooling and when we choose the gasket we should consider the strength cost in the first, and then choose the higher heat transfer coefficient in the reasonable case. Keywords high speed cutting；finite element；cutting temperature；cutting tool目 錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要 IABSTRACT II第1章 緒 論 1 引言 1 高速切削加工技術(shù)概述 1 高速切削傳熱過程的研究的意義及現(xiàn)狀 2 本課題的研究意義、目標(biāo)及主要工作 3第2章 高速金屬切削刀具溫度場(chǎng)的理論計(jì)算 6 固體熱傳導(dǎo)的理論基礎(chǔ) 6 高速金屬切削刀具溫度場(chǎng)的計(jì)算 11 本章小結(jié) 17第3章 高速金屬切削過程的有限元模擬 19 有限元方法簡(jiǎn)介及DEFORM軟件介紹 19 有限元關(guān)鍵技術(shù)介紹 20 切削過程的模擬及結(jié)果分析 24 24 25 27 37 28 32 本章小結(jié) 33第4章 高速切削過程中刀具內(nèi)的傳熱分析 35 ANSYS軟件介紹及建模 35 不同邊界條件下的刀具內(nèi)的傳熱分析 37 換熱系數(shù)對(duì)刀具傳熱的影響 42 墊片熱傳導(dǎo)率對(duì)刀具傳熱的影響 44 本章小結(jié) 45第5章 結(jié)論與展望 47 結(jié)論 47 展望 48參考文獻(xiàn) 49攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 52致謝 53CONTENTSCONTENTSChinese Abstract IABSTRACT IIChapter 1 Introduction 1 Introduction 1 Overview of the High Speed Cutting 1 The significance and status of the High Speed Cutting 2 The significance,target and main subject for this research 3Chapter 2 The calculation of the High Speed Cutting temperature field 6 The oretical foundation of the solidstate heat conduction 6 The calculation of the tool temprature in the High Speed Cutting 11 Summary 17Chapter 3 The finit element methods of the High Speed Cutting process 19 The introduction of the finit element method and DEFORM 19 The introduction of the key technologies of finite enlement methods 20 The numercal simulation of the cutting process and analysis 24 The estabilishiment of the cutting m