正交金属切削温度场的计算与模拟

【摘要】：金属切削是一个高度非线性、热力耦合的过程。在金属切削过程中，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，它将限制生产力率的提高。切削温度还会使加工精度降低，使己加工表面产生残余应力以及其它缺陷。 由于切削时的温度场对刀具磨损的部位、工件材料性能的变化、已加工表面质量都有很大的影响，因而对温度场的研究也显得尤为重要。本文主要工作就是研究工件、切屑和刀具上个点的温度分布，也就是温度场。在论文中首先从前人提出的一些研究模型出发，进行比较和综合，得出一个改进的切削温度场研究模型，从理论上给出一种求切削温度场的方法，并结合前人的一些试验参数进行计算分析，得出温度场分布的计算曲线。最后利用通用有限元程序软件(ABAQUS)进行建模分析，给出一种动态直观的求解。 本文的创新点在于从两个不同的方面计算出切削温度场的分布，特别是在有限元分析切削温度场时，在已有有限元理论的基础上，结合ABAQUS／Standard通用有限元程序的特点和实际切削工况，将工件、刀具材料的一些特性参数与温度结合起来，列出相应的本构方程，根据切削的特点，对库仑摩擦定理作一定的修改，定义切屑分离准则。最后得到的温度场分布与计算方法得出的温度场分布曲线较为吻合。这对以后进行的类似研究可以提供一些有益的参考价值。