【正文】 于強度均勻分布的矩形熱源。當矩形熱源分成若干長，寬的微元，則微元的單位時間的熱流密度是： （）式中矩形熱源的熱流密度；單位時間的熱流密度。計算方法：矩形熱源長，寬，根據(jù)Block熱流分配原則，單位時間傳入刀具的熱流密度是。與切屑溫度場分析一樣，設定一個鏡像熱源。 Improve the oblique cut heat map微元橫坐標: ，根據(jù)方程()，由微元dl，產(chǎn)生的任意點P的溫度為：剪切熱源在P點產(chǎn)生的溫度為：鏡像熱源在P點產(chǎn)生的溫度為： ()4)刀具溫度場分析。微元距O點為。單位時間的熱流密度為。綜上所述，()，設立剪切熱源的鏡像熱源。物體內(nèi)任意點的溫度應該是真實與鏡像兩個等強熱源所造成該點溫度的迭加。就相當于從上平面沒有熱量傳出，符合絕熱邊界的要求。為了把無限大物體內(nèi)求得的溫度場能適用于半無限大物體的邊界條件，可以設想在與真實熱源對于邊界平面對稱處放上一個與完全相同的熱源，就是真實熱源對于邊界平面的鏡像熱源()。熱源位于物體上表面的中央，或鄰近上表面的中央處，則向上方的傳熱與其他方向相比，有顯著的不同。因此剪切面可看作為以切削速度運動到工件里的斜帶狀熱源。Hahn根據(jù)切屑變形過程的機理建立斜剪切熱源()。我們將工件和切屑看成統(tǒng)一的整體，對于工件的溫度場分布，我們將未變形工件表面看作是是延伸到剪切面的連續(xù)統(tǒng)一體；確定切屑的溫度場分布時，切屑看作延伸至工件材料的連續(xù)體，剪切溫度場的計算就轉(zhuǎn)化為半無限大物體在無限長帶熱源作用下求解溫度場問題。3)。將面熱源分割成為無數(shù)個的微小窄帶狀熱源，任一窄帶熱源都在半無限體內(nèi)運動，看成連續(xù)作用的移動線熱源在半無限體內(nèi)移動。切屑的下平面與前刀面接觸，有熱交換，若僅考慮剪切熱源產(chǎn)生的溫度分布時，將這個面看作絕熱邊界。剪切區(qū)塑性變形產(chǎn)生的熱傳導模型是一矩形面熱源OAA′O′，在厚度為ac，寬度為aw的半無限體表面上以速度v移動。2）高速切削溫度場傳熱學模型的建立。產(chǎn)生的熱量有三種耗散渠道：1) 大約95%以上由切屑帶走；2) 2%留在工件上；3) 3%由刀具散熱。后刀面與工件已加工表面會發(fā)生摩擦，這會產(chǎn)生大量的摩擦熱，在刀具/工件的接觸區(qū)產(chǎn)生一個溫度場，這個溫度場將影響工件的加工表面精度。刀具/工件接觸區(qū)（第Ⅲ變形區(qū)）。切屑底層的摩擦力將轉(zhuǎn)化為熱量加上材料由于擠壓所產(chǎn)生的塑性變形所產(chǎn)生的熱量，第Ⅱ變形區(qū)內(nèi)刀具和切屑的溫度將達到很高，金屬切削溫度場的最高溫度就位于這個區(qū)域內(nèi)。刀/屑接觸區(qū)(第Ⅱ變形區(qū))。 三個切削變形區(qū) Three cutting deformation zone map剪切區(qū)(第Ⅰ變形區(qū))()。切削過程為正交、所產(chǎn)生的切屑為連續(xù)型帶狀，如圖（）所示為切屑過程的三個變形區(qū)。方程()可作為金屬切削過程的基本方程。x是R在切削速度方向上的投影。 無限長移動線熱源示意圖圖 Unlimited long line of mobile heat source diagram這時線狀移動熱源可看作是一個在t時刻瞬時作用的線熱源，根據(jù)方程()，在dt時間內(nèi)產(chǎn)生的溫度為： （）微元在時產(chǎn)生的溫度為： (），； ，；，將分子分母同乘以，令上式中的是一個特殊函數(shù)，定義為，即：稱為零階二類貝塞爾函數(shù)，是對稱函數(shù)，數(shù)值可在數(shù)學手冊中查到。垂直于y軸的不同平面內(nèi)，溫度場是完全相同的。規(guī)定時間t=，熱源在x=0的位置為坐標。再來看無限長移動線熱源在無限大物體內(nèi)的溫度場求解。在線熱源上離原點l處取出dl1長的微元，把它看成點熱源，其強度為q1dl1。3） 無限大物體內(nèi)無限長移動線熱源的溫度場的計算：假設在無限大物體內(nèi)有一與y軸重合的無限長瞬時線熱源（），初始時刻t=0，線熱源單位長度產(chǎn)生的熱量為q1，隨后立即消失。設點熱源的瞬時發(fā)熱量為Q，根據(jù)導熱微分方程式()有[28]： （）矢量的傅立葉變換中，有矢量K存在，矢量K的模為K，以 α、β、γ表示矢量K的分量，則有。初始時刻時的溫度除原點外其他各點值全部為零。將式()兩邊除以，并令,同時趨于零，則可得P點熱流量滿足的偏微分方程： （）代入方程()， ，方程（）又寫成 （）方程()為三維非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程，它是解算溫度場的前提。Q為微元體在△t時間內(nèi)的熱流量增量： （）式()中，c分別為介質(zhì)的密度和比熱；為溫度對時間的導數(shù)。取導熱體內(nèi)任一點P(x，y，z)， (x，y，z)單元體的放大圖。導熱微分方程是能量守恒定律的一種數(shù)學表達式。介紹了一種簡化條件下理論求解刀具切削溫度場的方法。切削溫度場的理論研究對分析切削過程、優(yōu)化切削參數(shù)、研究刀具磨損機理等方面都是很重要的。這是因為切削時所消耗的能量大部分都轉(zhuǎn)化為熱能，切削熱直接影響刀具的磨損和使用壽命，這將影響工件的加工精度和加工表面的完整性。江蘇科技大學工學碩士學位論文第2章 高速金屬切削刀具溫度場的理論計算高速切削技術的發(fā)展和應用來源于高速切削理論的研究和突破，現(xiàn)在高速切削理論仍然處于研究之中。3. 在ANSYS建立三維刀具幾何實體模型并進行有限元網(wǎng)格劃分；4. 將DEFORM模擬結果中的數(shù)據(jù)作為邊ANSYS界條件導對刀具內(nèi)的傳熱進行有限元分析并對結果進行驗證。因此，我們選擇DEFORM軟件和ANSYS軟件作為有限元分析平臺，DEFORM軟件的結果作為刀具的邊界條件提供給刀具，實現(xiàn)了軟件之間的優(yōu)勢互補。高速切屑問題屬于高速動力學的研究范疇，其過程具有高速、高溫、高壓等基本特征。分析切削分離標準、刀削界面的摩擦模型以及熱控制方程等。這有助于對高速切削機理的認識。通過計算機數(shù)值模擬對高速切削過程進行深入研究，得到不同切削邊界條件下過程中工件、刀具的溫度分布，在溫度分布的基礎上進一步分析工件和刀具內(nèi)的熱應力，這些對分析高速切削刀具的磨損以及切削質(zhì)量的影響改進有指導意義。近年來有限元方法在切削工藝中的應用表明，切削工藝和切屑形成的有限元模擬對了解切削機理，提高切削質(zhì)量是很有幫助的。切削操作人員和刀具制造商往往都是利用試錯法（Trial and error Method)來獲取一些經(jīng)驗值，既費時費力又增加了生產(chǎn)成本，嚴重阻礙了切削技術的發(fā)展。切削實驗表明，刀具的裂紋和破損主要是由刀具內(nèi)的熱應力引起的[26]。近年來，在國外高速切削已經(jīng)成為一項實用和有效的技術，雖然高速切削技術在我國的應用還處于起步階段，然而它的潛力卻是顯而易見的[2223]。 本課題的研究意義、目標及主要工作1）研究的意義、目標高速切削是指在比常規(guī)切削速度高出很多的速度下進行的切削加工。哈爾濱理工大學的李振加教授根據(jù)Jaeger理論和平面刀片溫度模型建立了波形切削刃刀片的溫度模型[21]，通過編程可以預測刀具銑削溫度，理論預測同實驗結果吻合。發(fā)現(xiàn)切削溫度與切削速度的對數(shù)成線性關系，切削寬度與切削溫度不成線性關系。．Lai[18]提出了一種模擬溫度分布的相似算法(parallel algorithm ) 建立了一種簡化的切削溫度模型用于模擬溫度分布，結果說明該算法可以進行定性(scalable)分析，以幫助理解溫度分布。Ismail Lazoglu, Yusuf Altintas[17]以有限差分法為基礎建立了連續(xù)切削和銑削的數(shù)值模型。得出不同導熱系數(shù)對前刀向和切屑溫度的影響曲線?，F(xiàn)代計算機技術的發(fā)展為有限元法在高速切削過程中的研究提供了可能，有限元法已經(jīng)逐漸成為研究金屬切削機理的主要方法。南京航空學院的徐鴻鈞等[14]對銑削加工中的刀具溫度場進行了計算和實驗方面的研究。2）國內(nèi)利用實驗法進行研究的研究成果主要有：陳明、袁人煒等[12]對高速銑削過程中切削溫度的動態(tài)變化規(guī)律通過實驗的方法進行了研究，給出鋁合金高速銑削過程中存在的臨界給切削速度關鍵數(shù)據(jù)和切削溫度隨切削速度的變化規(guī)律。 , [10]用陶瓷刀具車削表面淬硬鋼，對不同切削參數(shù)、刀具幾何形狀、刀具狀況、工件材料等對于切削溫度的影響進行了研究，得出了兩種工件材料切削參數(shù)對前刀面切削溫度的影響是不同的結論。1）國外利用實驗法進行研究的主要成果有：T. Kitagawa, A. Kubo, K. Maekawa[8]進行了高速車削鉻鎳鐵合金718鋼和高速銑削Ti6A16V 2Sn時的切削溫度及刀具磨損的實驗，并進行了切削溫度的數(shù)值建模。切削溫度的研究現(xiàn)狀。金屬切削時所產(chǎn)生的熱能將影響刀具的磨損和耐用度以及工件的加工精度和加工表面質(zhì)量，因此研究切削過程中的刀具內(nèi)的傳熱過程，對于進行金屬切削加工機理的研究、刀具磨損機理的磨損規(guī)律的探討，刀具的設計與制造、切削加工參數(shù)的選擇以及已加工表面質(zhì)量的控制等具有非常重要的意義。據(jù)以上資料已經(jīng)發(fā)展出的刀具材料主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂層刀具等。(3)非金屬材料的高速切削。(2)鑄鐵的高速加工。主要的應用有如下：(1)鋁合金的高速切削加工。高速切削時，對不同的工件材料選用與其合理匹配的刀具材料和允許的切削條件，才能獲得最佳的切削效果。由以上分析可知進行切削加工時，在高速切削范圍內(nèi)以及刀具和工藝允許的前提下應盡可能提高切削速度。如果嚴格意義從切削機理上講，高速切削是指溫度不再顯著地隨切削速度增大而上升的切削加工[5]。他指出：切削加工時切削溫度會隨切削速度升高而迅速提高，到達一定速度后切削溫度升高逐漸變慢直到不再變化，削速度的再次提高時切削溫度達到峰值后將會下降。高速切削技術的理論研究可追溯到本世紀30年代。 高速切削加工技術概述1）高速切削技術的概念和特點。切削過程中刀具的磨損和損壞也受切削應力和溫度場分布的影響。高速切削加工不僅可以提高生產(chǎn)效率，同時也會提高加工精度與表面質(zhì)量，這些都會降低生產(chǎn)成本。提高加工效率和切削質(zhì)量從而降低成本在機械加工的過程中有重要的意義。據(jù)統(tǒng)計全球切削加工占械制造業(yè)份額為30%到40%，全世界每年切削加工的耗費大概為2500億美元[1]。s degree 52Acknowledgement 53第1章 緒 論第1章 緒 論 引言隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，各國的機械制造業(yè)之間的競爭也越來越激烈，這就對生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求，進行技術革新也就成為了必要。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。關鍵詞: 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