准干式深孔加工中切削热的理论计算与温度场模拟

发布时间：2017-06-14 19:04

  本文关键词：准干式深孔加工中切削热的理论计算与温度场模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 准干式深孔加工是一个高度非线性、热力耦合的过程。在深孔加工过程中切削热的产生主要来源于切屑的变形(剪切面热源)和刀具、切屑和工件间的摩擦(摩擦面热源)。虽然两种热源面不大,但在一般情况下都能产生高温,有学者曾在研究中指出最高温升可达1000℃。较高的切削温度是刀具磨损的主要原因,它将限制生产率的提高。切削温度还会使加工精度降低,使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。 由于加工过程中产生的切削热对刀具磨损的部位、工件材料性能的变化、已加工表面质量都有很大的影响,因而对切削热的研究显得尤为重要。本文主要工作是研究单刃内排屑深孔钻在加工过程中产生的切削热。在论文中首先基于前人提出的一些研究模型,结合深孔加工的实际切削情况,从理论上给出一种求切削热的方法。并分析切削热的主要影响因素,从而给实际加工提供一定的参考价值。接下来通过分析温度场的分布情况定性的分析切削热,并利用通用有限元软件(DEFORM)进行建模分析,给出一种直观的温度场分布状况。最后采用单一变量法,求出切削温度关于转速、进给量的关系式,应用Matlab编程,作出前刀面最高切削温度与转速、进给量的变化曲线。 本文的创新点在于:首先从实际深孔加工角度出发,导出切削热的计算表达式,特别是对切削热的主要影响因素进行了分析;其次使用有限元软件DEFORM对深孔加工过程中单刃内排屑深孔钻头的温度场分布进行模拟;最后根据模拟出的温度场分布图,采用单一变量法,求出钻头最高切削温度关于转速、进给量的计算关系式,应用Matlab编程,作出前刀面最高切削温度与转速、进给量的关系曲线。虽然与文献试验得出的关系曲线有一定的差异,但总体趋势还是一致的。这对以后进行的准干式深孔加工研究可以提供一定的参考价值。
【关键词】：深孔加工 温度场模拟 有限元 DEFORM 数值计算
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 准干式深孔切削热的提出及其影响10-11
• 1.2 准干式切削温度的国内外发展现状11-13
• 1.3 准干式深孔加工切削温度研究存在的主要问题13-14
• 1.4 本课题的研究意义、目标及主要工作14-16
• 1.4.1 研究的意义及目标14
• 1.4.2 本文的主要研究内容14-16
• 2 准干式深孔加工中切削热的理论分析16-30
• 2.1 切削热的产生与传出16-17
• 2.2 准干式深孔加工热模型建立17-18
• 2.2.1 基本假定17
• 2.2.2 切削热模型建立17-18
• 2.3 切削力计算18-23
• 2.3.1 计算剪切力18-19
• 2.3.2 计算F19-20
• 2.3.3 计算耳20-23
• 2.4 刀具速度计算23-25
• 2.5 剪切面面积和前刀面刀屑接触面积计算25-26
• 2.5.1 计算剪切面面积25-26
• 2.5.2 计算前刀面刀屑接触面积26
• 2.6 切削热的分析与计算26-29
• 2.7 小结29-30
• 3 温度场的理论计算30-38
• 3.1 剪切面上的平均温度计算30-32
• 3.2 前刀面接触区平均切削温度的计算32-35
• 3.3 后刀面接触区的平均温度35-36
• 3.4 总热量由切屑、工件和刀具各部分传出的热量分配36
• 3.5 影响切削温度的主要因素36-37
• 3.6 小结37-38
• 4 有限元法在切削中的应用38-53
• 4.1 有限元分析法概述38-40
• 4.2 平面问题有限元法40-44
• 4.3 温度变化引起的等效节点力44-46
• 4.4 温度场有限元算法46-51
• 4.4.1 温度插值函数46-48
• 4.4.2 平面非稳定温度场的泛函分析48-51
• 4.5 小结51-53
• 5 切削温度场的有限元模拟53-73
• 5.1 有限元软件DEFORM的简介53-55
• 5.2 DEFORM-3D软件的模块结构55-57
• 5.2.1 前处理器56
• 5.2.2 求解器56-57
• 5.2.3 后处理器57
• 5.3 准干式深孔切削温度场的DEFORM有限元模拟57-72
• 5.3.1 切削条件和仿真参数的确立57-61
• 5.3.2 有限元模型的建立61-62
• 5.3.3 深孔钻削的三维有限元模拟分析步骤62-64
• 5.3.4 有限元温度场模拟结果分析64-72
• 5.4 小结72-73
• 6 成果与展望73-75
• 6.1 成果73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表论文79-80
• 致谢80

【参考文献】

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本文编号：450257