高速切削温度动态有限元建模与数值模拟

发布时间：2017-03-18 08:07

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【摘要】：高速切削机理的研究作为高速切削技术的理论基础,是高速切削技术应用和发展的基石。在高速切削机理研究中,切削温度的研究是至关重要的,高速切削温度的分布及其变化规律是高速切削工艺分析的主要依据之一,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文结合全国优秀博士学位论文作者专项资金(200231)及山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目(02BS074),从金属切削原理入手,建立了金属切削加工的有限元模型,提出了高速切削加工有限元模拟的研究目标和技术路线,对高速切削加工过程中温度场的产生与分布进行了研究。 基于高速切削原理,建立了金属切削加工的有限元模型,对有限元模拟所涉及的网格划分、切屑形成以及分离准则等一些关键技术进了深入研究。通过改变刀具的几何参数以及切削参数,实现了不同切削条件下切削过程的系列模拟,研究并分析了高速切削条件下温度场的分布情况。 在深入研究高速切削条件下的锯齿状切屑形成机理的基础上,利用通用有限元软件中的断裂准则对锯齿状的形成过程进行了模拟,并与低速切削时形成的连续带状切屑相比较,分析了工件材料、切削速度等对切屑形成的影响以及切削区温度场的分布情况。 另外利用半人工热电偶中的夹丝法进行了相应的高速切削实验,对切削温度随切削参数的变化规律进行了实验研究。最后对全文进行了概括总结,并对有待进一步研究的内容进行了展望。
【关键词】：高速切削 有限元仿真 切削温度 切屑成形 锯齿状切屑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TG506.1
【目录】：

• 目录4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 高速切削的基本概念及特点8-13
• 1.2 高速切削温度的研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.2.3 存在的主要问题15-16
• 1.3 本课题的研究意义、目标及主要工作16-17
• 1.3.1 研究的意义、目标16
• 1.3.2 主要工作16-17
• 1.4 论文总体框架17-18
• 第二章 正交切削有限元模型的建立18-38
• 2.1 高速切削温度有限元建模及模拟方法18-27
• 2.1.1 高速切削机理的研究18-20
• 2.1.2 切削温度场分析20-22
• 2.1.3 有限元法(Finite Element Method)的分析过程22-24
• 2.1.4 有限元软件的仿真过程24-25
• 2.1.5 非稳态热传导温度场的数值分析25-27
• 2.2 正交切削模型的建立27-37
• 2.2.1 切削模型的分析27-29
• 2.2.2 有限元法仿真切削过程的分析29-30
• 2.2.3 正交切削模型的建立30-36
• 2.2.3.1 切屑形成分析30
• 2.2.3.2 网格划分标准30-33
• 2.2.3.3 摩擦模型的选择33-34
• 2.2.3.4 材料模型34-35
• 2.2.3.5 切屑分离准则的选择35-36
• 2.2.4 有限元模型的建立36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 正交切削的有限元模拟及温度场分析38-54
• 3.1 刀具前刀面温度分布情况39-41
• 3.2 工件表面温度分布情况41-42
• 3.3 刀具前角γ_0对切削温度的影响42-43
• 3.4 切削速度v对切削温度的影响43-44
• 3.5 进给量f对切削温度的影响44-45
• 3.6 切削厚度α_c对切削温度的影响45
• 3.7 锯齿状切屑形成分析45-50
• 3.7.1 锯齿状切屑的理论研究46-47
• 3.7.1.1 绝热剪切理论(Adiabatic shear theory)46
• 3.7.1.2 周期性断裂理论(Periodic brittle fracture)46-47
• 3.7.2 锯齿状切屑的有限元模拟47-48
• 3.7.2.1 材料的断裂准则47
• 3.7.2.2 锯齿状切屑的仿真47-48
• 3.7.3 有限元仿真结果48-49
• 3.7.4 形成锯齿状切屑的影响因素49-50
• 3.7.4.1 工件材料及其性能49-50
• 3.7.4.2 切削速度50
• 3.7.4.3 进给量和刀具前角50
• 3.8 三维切削有限元模型的分析50-53
• 3.8.1 斜角切削的优点51-52
• 3.8.2 三维切削的有限元仿真52-53
• 3.9 本章小结53-54
• 第四章 高速切削有限元模拟的实验验证54-62
• 4.1 实验方法及实验条件54-60
• 4.1.1 实验方法54-56
• 4.1.2 半人工热电偶法56-57
• 4.1.3 实验设备57-60
• 4.2 实验结果与分析60-61
• 4.3 本章小结61-62
• 结论与展望62-65
• 全文总结62-63
• 展望63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表(撰写)的论文69-70
• 致谢70

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 万熠;高速铣削航空铝合金刀具失效机理及刀具寿命研究[D];山东大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 王永胜;基于有限元和遗传算法的金属切削过程物理仿真及优化[D];华南理工大学;2011年

2 卢建闯;超硬铝合金7A04高速铣削锯齿状切屑研究[D];燕山大学;2011年

3 李志刚;铣削加工过程的稳定性仿真及有限元研究[D];西南交通大学;2007年

4 王维;球头铣削热作模具钢表面残余应力研究[D];山东大学;2010年

5 耿志杰;面向绿色制造的快速点磨削供液系统参数研究[D];东北大学;2008年

6 黄美霞;虚拟高速切削加工仿真技术研究[D];中北大学;2010年

7 袁崇辉;高温合金GH4169高速切削加工的有限元模拟与分析[D];青岛理工大学;2011年

8 丁明峰;新型Si_3N_4基微纳米复合陶瓷刀具材料制备与切削性能的研究[D];山东建筑大学;2013年

9 邸江顺;自冷却热管车刀切削性能研究[D];湘潭大学;2012年

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本文编号：254164