【正文】 高速切削機理的深入理解，為合理選用切削加工工藝參數(shù)提供理論依據(jù)。因此，高速切削對于導熱性極差的航空難加工材料薄壁件的加工非常有利。隨著切削速度的提高，熱源在工件內(nèi)側(cè)面的移動速度加快，傳入工件的熱量明顯減少，導致工件容熱少，因而溫度下降較快，使已加工表面溫度很快趨于穩(wěn)定。另一種理論認為，隨著切削速度的增加，切削區(qū)材料剪切角增大，切削變形系數(shù)減小，切削過程中實際產(chǎn)生的熱量減少，且多數(shù)熱量由切屑帶走，進入刀具的熱量相對較少，從而使刀具耐用度提高。根據(jù)薩洛蒙博士的切削溫度理論，刀具壽命存在一個“死谷”，切削速度越過死谷，刀具壽命明顯增加。切削溫度使切削力變小，使切削過程變得容易。已加工表面層金屬的塑性變形來不及向更深層傳播，因此后刀面與己加工表面的接觸長度短，減少了刀/工的接觸摩擦阻力。高速切削時，熱效應影響具有明顯的優(yōu)勢，剪切面就像一個穩(wěn)定的熱源，始終以足夠高的溫度加熱即將進入剪切面的金屬，降低金屬的抗剪強度，減少或避免金屬材料的加工硬化，降低剪切力。綜上所述，經(jīng)過多年的發(fā)展，切削溫度場的研究在金屬切削理論、切削溫度場測量以及切削加工模型的建立等方面的研究己經(jīng)取得了較大的進展，但是，許多理論問題和實際應用問題仍然有待進一步解決。周汝忠在文章中提出了一個簡化的端面銑削刀片二維溫度場模型，并對之進行了有限元分析與計算。針對難加工材料，南京航空學院的徐鴻鈞、張幼禎等人對銑削加工中的刀具溫度場進行了計算和實驗。顧立志、袁哲俊在其文章中為了獲得比較切合實際的模型，假定了切屑流向與剪切面成一定的角度，建立了正交連續(xù)成屑的切屑模型，并應用紅外測溫儀測溫。不過，已經(jīng)有幾所高校對高速切削加工中的切削熱和溫度問題進行了初步研究，主要以實驗研究為主，比如上海交通大學和華南理工大學等。油霧冷卻是延長刀具壽命的有效方法。據(jù)有高熱導率的刀具如天然金剛石刀具適合在有冷卻液的情況下高速車削欽合金。從切削溫度和刀具磨損的角度討論了高速切削欽合金Ti6Al4V)?！八俣取獪囟取钡暮喕瘏?shù)模型，用分段線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分析了瞬時切削溫度和穩(wěn)態(tài)切削溫度，得出由于切削溫度升高而對刀具磨損影響的理論結(jié)論，同時，采用插入熱電偶法，進行了實驗驗證。美國Ohio州立大學凈成形制造(Net Shape Manufacture)，在國際上金屬塑性成形加工界享有很高的學術聲譽，在金屬塑性成形數(shù)值模擬方面做出了許多令人矚目的成就，近年來，對切削工藝進行了大量的有限元模擬研究。(1020碳鋼)，根據(jù)直角切削實驗確定構(gòu)造方程，用于分析應變速度和切削溫度分布。使用FE軟件FORGE2(R)模擬了切削淬硬鋼(ANSI H13(52HRC))時的切削力和切削溫度分布。由于高速切削所具有的特點以及在生產(chǎn)效益方面的巨大潛力，國外對此方面的研究開展較早。另一種觀點則認為切削溫度隨切削速度的提高而不斷升高，直到達到工件材料的熔點。切削速度繼續(xù)提高，切削溫度隨之下降?？v觀當今國際上CAE軟件的發(fā)展情況，可以看出有限元分析方法的一些發(fā)展趨勢：1）與CAD軟件的無縫集成2）更為強大的網(wǎng)格處理能力3）由求解線性問題發(fā)展到求解非線性問題4）由單一結(jié)構(gòu)場求解發(fā)展到耦合場問題的求解5）程序面向用戶的開放性切削溫度是高速切削加工的一個重要的參數(shù)指標，對刀具磨損，刀具壽命和表面質(zhì)量有很大的影響。近來又兼并了非線性分析軟件MARC,成為目前世界上規(guī)模最大的有限元分析系統(tǒng)。目前流行的CAE分析軟件主要有NASTRAN、ADINA、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS等?；赼nsys的車床切削溫度仿真研究畢業(yè)論文目錄第一章 緒 論 1 仿真技術發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 切削溫度的研究狀況 1 ......................................................................................2 ......................................................................................3 切削溫度對高速切削加工過程的影響 4 課題的提出與任務 5第二章 高速切削溫度場理論分析 5 高速切削過程中切削熱的產(chǎn)生和傳出 6 切削溫度場理論分析簡介 7 ..............................................................................7 ......................................................................8 ..........................................................................8 ..................................................9 ...................................10 切削溫度場的理論計算 11 ...............................................11 ...................................................................12 第三章 切削溫度場有限元法分析理論基礎 20 20 23 24 24 25 28 35第四章 高速正交切削過程中的溫度場數(shù)值模擬 35 36 ........................................................................36 ....................................................................................37 ................................................................................38 ........................................................................39 ............................................................41 ....................................................................................................43 44 .............................................................................................44 .............................................................................................45 .............................................................................................45第五章 結(jié)論與展望 46 結(jié)論 46 展望 47參考文獻 48附錄一 外文資料 49附錄二 中文翻譯 63附錄三 文獻檢索 68謝辭 71第一章 緒 論國際上早在60年代初就開始投入大量的人力和物力開發(fā)有限元分析程序，但真正的CAE軟件是誕生于70年代初期，而近15年則是CAE軟件商品化的發(fā)展階段，CAE開發(fā)商為滿足市場需求和適應計算機硬、軟件技術的迅速發(fā)展，在大力推銷其軟件產(chǎn)品的同時，對軟件的功能、性能，用戶界面和前、后處理能力，都進行了大幅度的改進與擴充。這就使得目前市場上知名的CAE軟件，在功能、性能、易用性﹑可靠性以及對運行環(huán)境的適應性方面，基本上滿足了用戶的當前需求，從而幫助用戶解決了成千上萬個工程實際問題，同時也為科學技術的發(fā)展和工程應用做出了不可磨滅的貢獻。MSCNASTRAN軟件因為和NASA的特殊關系，在航空航天領域有著很高的地位，它以最早期的主要用于航空航天方面的線性有限元分析系統(tǒng)為基礎，兼并了PDA公司的PATRAN，又在以沖擊、接觸為特長的DYNA3D的基礎上組織開發(fā)了DYTRAN。ANSYS軟件致力于耦合場的分析計算，能夠進行結(jié)構(gòu)、流體、熱、電磁四種場的計算，已博得了世界上數(shù)千家用戶的鐘愛。1931年德國Carl Salomon博士發(fā)表了著名高速切削專利，他指出，隨切削速度提高，切削力減少，切削溫度上升至最大值(臨界值)。 (Salomon曲線)但對這一變化規(guī)律是否正確一直存有爭議，許多學者、研究人員為此進行了大量的實驗研究與理論探討，存在兩種不同的觀點:一種觀點是Salomon曲線存在，并且在一些輕金屬的加工中得到了證明。高精度的表面質(zhì)量和較低的表面粗糙度是高速切削加工技術所要求實現(xiàn)的目標之一。利用有限元法進行研究的:Ismail Lazoglu，Yusuf Altinta利用有限差分法(finite difference method)分析、預報刀具一切屑接觸面上的溫度場。FE模擬中沒有使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。, (adhering layer formation)的溫度場。利用實驗法進行研究的:，并進行了切削溫度的數(shù)值建模。日本的Norihiko Narutkai研究了高速切削加工難加工材料一欽合金。在車削時，切削溫度非常高。使用小直徑立銑刀高速銑削欽合金時，切削溫度卻不高，在干切削條件下，甚至能夠達到283m/min。在國內(nèi)由于對高速切削溫度的研究起步較晚，因此有關這方面的理論研究報道還比較少。陳明、袁人煒等在實驗中應用紅外熱像儀測溫系統(tǒng)對高速銑削過程中切削溫度的動態(tài)變化規(guī)律進行了研究，首次給出了鋁合金高速銑削過程中存在的臨界切削速度關鍵數(shù)據(jù)及切削溫度隨切削速度的變化規(guī)律。實驗測得的實際切屑溫度分布表明這個假定模型是可行的。他們應用高速鋼組織結(jié)構(gòu)法，對銑削加工時高速鋼銑削刀具溫度場的分布進行了實驗研究，并使用了有限差分的方法對銑削加工區(qū)的三維非穩(wěn)定溫度場進行了計算，在計算中對其邊值條件的確定、差分格式的選用以及解的穩(wěn)定性等問題進行了討論。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，通過編程可以預測刀具銑削溫度，理論預測同實驗結(jié)果吻合。 (1)引起切削力的變化。切屑底層金屬的平均溫度很高，刀/工摩擦阻力明顯減少。另一方面，工件表面薄層的溫度較高，材料屈服應力較小，進一步減少了刀/工摩擦力。 (2)影響刀具壽命。對于高速切削可提高刀具壽命的機理，目前有兩種解釋，一種認為工件材料進入切削區(qū)后，切削溫度使其強度、硬度降低，材料軟化，而刀具材料則具有相對較高的強度和硬度。 (3)提高工件加工精度。可見，切削熱絕大多數(shù)由切屑帶走，工件溫升較小，有利于獲得良好的加工表面完整性和有效抑制因工件熱變形導致的加工精度喪失。綜上所述，切削溫度的變化規(guī)律是反映高速切削過程本質(zhì)的重要方面，目前切削溫度的理論研究遠遠落后于實際應用。本課題的主要研究內(nèi)容是: (1)結(jié)合前人的研究工作，基于金屬切削理論、傳熱學等基礎理論，用熱源法對高速切削溫度進行理論分析，得出剪切熱源和摩擦熱源作用下刀具、工件和切屑的溫度分布情況； (2)基