高速切削立銑刀溫度場及熱沖擊特性研究.pdf

1、高速銑削屬于斷續(xù)切削，隨著切削刃周期性切入和切出工件，在較短時間內(nèi)刀具會受到周期性的快速升溫和降溫，從而對刀具產(chǎn)生熱沖擊影響，導(dǎo)致立銑刀發(fā)生磨損和破損失效，影響切削加工的效率和成本。高速切削溫度的研究是高速切削機(jī)理研究的重要組成部分，獲得刀具切削溫度和熱沖擊對刀具影響特性已成為目前高速加工領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
　　針對銑削加工過程的復(fù)雜性，銑刀溫度測量的困難性等問題，本文以高速切削整體硬質(zhì)合金立銑刀為研究對象，系統(tǒng)分析了現(xiàn)有研究的優(yōu)缺

2、點(diǎn)、對比得到在銑削過程中，其導(dǎo)熱問題的特點(diǎn)是熱源有一定的形狀和尺寸，有一定的熱量輸出，但邊界條件則多是未知值。因此，對銑削加工過程中的導(dǎo)熱問題應(yīng)用熱源法具有優(yōu)勢。在熱源法的基礎(chǔ)上，建立了高速切削立銑刀動態(tài)溫度場數(shù)學(xué)模型。
　　其次，通過分析國內(nèi)外金屬切削溫度測量方法發(fā)現(xiàn)由于高速切削加工中心電主軸的封閉性和銑削過程的復(fù)雜性，對于高速銑削切削溫度的測量，目前國內(nèi)外還沒有成熟精確的測量方法。為了研究立銑刀切削過程的溫度變化和反求輸入刀體

3、內(nèi)部的熱流密度，本文通過XH714D加工中心銑削304不銹鋼板，采用嵌入式測溫系統(tǒng)測量得到了立銑刀后刀面一點(diǎn)的連續(xù)切削溫度。分析切削過程中的溫度變化曲線，銑削初期溫度迅速升高，之后溫度逐漸趨于穩(wěn)定，與真實(shí)的銑削溫度變化吻合較好。
　　然后，由于實(shí)驗(yàn)中立銑刀材料為硬質(zhì)合金，屬于耐高溫的脆性材料，測量溫度的熱電偶只能在材料的表面放置;同時，高速切削整體硬質(zhì)合金立銑刀加工過程為斷續(xù)切削，切削溫度是一個快速的非穩(wěn)態(tài)過程，無法由測得的溫度簡

4、單計(jì)算立銑刀內(nèi)部溫度梯度而直接獲得表面的熱流密度。通過立銑刀表面溫度進(jìn)行導(dǎo)熱反問題求解獲得立銑刀銑削過程中，前刀面的熱流密度是研究的一個難點(diǎn)，也是獲得切削溫度場的基礎(chǔ)。本文在立銑刀動態(tài)溫度場數(shù)學(xué)模型正問題求解的基礎(chǔ)上利用粒子群智能算法反求得到了熱流密度的級數(shù)表達(dá)式。
　　再利用ANSYS的瞬態(tài)熱分析模塊，把反求得到的熱流密度按照不同的時間段加載到立銑刀實(shí)體模型的刀屑接觸面上，然后通過ANSYS的APDL二次開發(fā)模塊編寫DO循環(huán)加載

5、程序，實(shí)現(xiàn)了模仿真實(shí)切削過程切入切出的循環(huán)過程，分析得到了立銑刀瞬態(tài)的溫度場仿真分布規(guī)律和溫度梯度的特性。
　　最后，對立銑刀熱沖擊特性進(jìn)行了研究，銑削加工完成后采用日立S-4800掃描電子顯微鏡(SEM)觀察銑刀切削區(qū)域的表面形貌和微觀組織結(jié)構(gòu)變化。在高速銑削瞬態(tài)溫度場的ANSYS分析基礎(chǔ)上，重新進(jìn)入前處理把熱單元改為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元，把分析的溫度結(jié)果作為載荷施加到結(jié)構(gòu)分析模型上，得到立銑刀的熱應(yīng)力分布。對比SEM圖片和仿真結(jié)果，