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高速切削刀具内的传热分析

作　者: 杜美憬
导　师: 聂宇宏
学　校: 江苏科技大学
专　业: 轮机工程
关键词: 高速切削有限元切削温度刀具
分类号: TG501.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高速切削机理的研究作为高速切削技术的理论基础,对高速切削技术应用和发展起重要作用。在高速切削机理研究中,切削过程中的传热研究具有重要的理论意义和实际应用价值。鉴于以往针对刀具内的传热分析的研究较少,本文用数值模拟方法对刀具在切削程过中的传热进行较为深入地研究。数值方法是研究高速切削加工机理的一种有效手段,不仅可以克服试验方法的不足,能够对切削过程中切屑形成、切削力、温度场、应力应变分布等状态参数进行定量的预测,而且对节省加工时间和成本,提高加工精度具有重要的意义。本文首先研究了切削过程中切削热的产生和传出、切屑—刀具—工件系统的温度分布,从理论上给出一种求解刀具切削温度场的方法;然后,使用有限元分析软件DEFORM模拟了AISI-1045钢的高速切削过程,得到了刀具温度场的分布情况及切削热的分配情况,并对刀具的热应力进行了分析,其结果与文献试验结果基本一致;最后,将DEFORM的结果作为边界条件,在ANSYS中对刀具内的传热过程进行了数值模拟分析,实现了通用软件DEFORM和ANSYS之间的优势互补,节省了工作量和工作时间,这为以后的数值模拟计算提供了一种可行的思路和方法。本文分析了切削过程中热量的分配情况,换热系数对刀具传热的影响;垫片的材料对刀具传热的影响。本文的研究结果表明高速加工可以有效地减少传入工件和刀具的切削热比率,这对提高生产率、加工精度等是有益的;在实际的金属切削过程中,采用有效的强化冷却方式,获得较高的换热系数,对降低刀具的整体温度,并且对抑制刀具在高温下的化学活性很有帮助。高速切削时应着重注意切削冷却,垫片的选择应在首先考虑强度、成本等条件下合理选择传热系数大的材料。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-17
  1.1 引言  12
  1.2 高速切削加工技术概述  12-13
  1.3 高速切削传热过程的研究的意义及现状  13-14
  1.4 本课题的研究意义、目标及主要工作  14-17
第2章高速金属切削刀具温度场的理论计算  17-30
  2.1 固体热传导的理论基础  17-22
  2.2 高速金属切削刀具温度场的计算  22-28
  2.3 本章小结  28-30
第3章高速金属切削过程的有限元模拟  30-46
  3.1 有限元方法简介及DEFORM 软件介绍  30-31
  3.2 有限元关键技术介绍  31-35
  3.3 切削过程的模拟及结果分析  35-44
    3.3.1 三维切削模型的建立  35-36
    3.3.2 切削过程  36-38
    3.3.3 模型准确性的的验证  38
    3.3.4 前刀面温度场  38-39
    3.3.5 刀具和工件和之间的切削热比较  39-43
    3.3.6 刀具切削应力分析  43-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章高速切削过程中刀具内的传热分析  46-58
  4.1 ANSYS 软件介绍及建模  46-48
  4.2 不同边界条件下的刀具内的传热分析  48-53
  4.3 换热系数对刀具传热的影响  53-55
  4.4 垫片热传导率对刀具传热的影响  55-56
  4.5 本章小结  56-58
第5章结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-64
致谢  64-65
详细摘要  65-69

高速切削刀具内的传热分析

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