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，在較短時間內刀具會受到周期性的快速升溫和降溫，從而對刀具產生熱沖擊影響，導致立銑刀發(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域的研究重點。
　　針對銑削加工過程的復雜性，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、對比得到在銑削過程中，其導熱問題的特點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熱問題應用熱源法具有優(yōu)勢。在熱源法的基礎上，建立了高速切削立銑刀動態(tài)溫度場數(shù)學模型。
　　其次，通過分析國內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雜性，對于高速銑削切削溫度的測量，目前國內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，與真實的銑削溫度變化吻合較好。
　　然后，由于實驗中立銑刀材料為硬質合金，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、單計算立銑刀內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行導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，也是獲得切削溫度場的基礎。本文在立銑刀動態(tài)溫度場數(shù)學模型正問題求解的基礎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，實現(xiàn)了模仿真實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構變化。在高速銑削瞬態(tài)溫度場的ANSYS分析基礎上，重新進入前處理把熱單元改為相應的結構單元，把分析的溫度結果作為載荷施加到結構分析模型上，得到立銑刀的熱應力分布。對比SEM圖片和仿真結果，