高速切削变形区温度场数值模拟与分析.pdf

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1、Techn0IogyandTest工艺与检测高速切削变形区温度场数值模拟与分析冰安增辉付秀丽潘延安杜倩倩(济南大学机械工程学院，山东济南250022)摘要：建立了基于次摆线轨迹的高速切削数值分析模型，对切削速度在470—3770m／min范围内高速切削铝合金7050一T7451切削温度进行仿真模拟并验证。系统分析了切削过程中刀具一切屑、刀具一工件接触变形区的切削温度随切削时间和切削速度的分布及变化规律。基于剪切角理论并结合切削温度等值线图解释了已加工表面温度随切削速度增加表现出的二次效应，得出已加工表面温度最大时的临界切削速度约为1650m／rain。关键词：高速铣削；切削温度；变形区；数值模

2、拟中图分类号：TH164文献标志码：ANumericalsimulationandanalysisoftemperaturefieldatdeformationzoneinhigh——speedmillingANZenghui，FUXiuli，PANYan’an，DUQianqian(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofJinan，Jinan250022，CHN)Abstract：Anumericalanalysismodeofhigh—speedmillingbasedontrochoidtheoryisestablished．Thetempe

3、ra—tureofhigh-·speedcuttingaluminumalloys7050——T7451hasbeensimulatedandverifiedbetween470m／minand3770m／min．Therelationbetweencuttingtemperatureandcuttingspeed，cuttingtimehasbeenstudiedinthecuttingdeformationzone．Basedontheshearplaneangle，stheory，thequadraticeffectbetweentemperatureofmachinedsurfacea

4、ndcuttingspeedisobtainedandexplainedbymeansofisoplethsmapsofsimulationresults．Thecriticalcuttingspeedisabout1650m／minwhenthetempera—tureofmachinedsurfaceisuptomaximum．Keywords：high—speedmilling；cuttingtemperature；deformationzone；FEM高强度铝合金因其具有较高的结构强度、断裂韧证了此方法的测试精度。M．Cotterell等采用红外辐性和抗应力一腐蚀断裂等良好的综合性能，

5、是目前航射测温技术对其提出的二维正交切削温度简化模型进空制造业广泛采用的一种轻型结构材料⋯。航空用行了验证。但是热电偶法对工件和刀具材料的导电导高强度铝合金大多是整体结构件，加工余量高达90％热性能有要求，同时热电偶标定难度较大，其标定的准以上，多采用高速切削加工，切削速度可达2000确性直接影响测量结果，因此实验精度很难保证。常m／min。切削温度是高速切削加工过程中的重要指见的红外测温法适用于无遮挡区域的切削温度测量，标，直接影响工件加工精度、已加工表面质量和刀具的对于刀具与工件高速相对运动的剪切区域温度测量有磨损等J。切削过程中高速切削变形导致的能量消明显局限性，而通过解析法计算推导的剪

6、切区温度准耗与传递是切削热的重要来源4j，因此研究高速切削确性难以保证。近年来，随着计算机和仿真软件的发变形区切削温度场分布和变化规律对研究切削变形机展，计算机模拟逐渐成为研究切削加工的重要手段之理有重要意义。一。KaiYang等对微切削铝合金进行了三维有限目前测量切削温度常用的实验方法主要有热电偶元仿真模拟并进行试验验证，研究了刀尖圆弧半径的法和辐射测温法等J。刘献礼等针对自然热电偶大小对切削温度和切削力的影响。杨勇等对有限法测量切削温度时的冷端温度补偿方法进行了分析研元模拟所必需的关键技术进行研究，对45号钢的正交究，提出了等效热电偶法原理，推导了计算公式，并验切削过程中切削力、切削温度和

7、应力场进行了分析。国家自然科学基金青年基金项目(51105172)工艺与检测Techn010gyandTestMoazH．Ali【lO]等通过模拟钛合金面铣削过程，研究了选取每齿进给量为0．15mm的两齿铣刀切削，进给速度、进给力和表面粗糙度之间的关系。则r=0．0478mm，利用Matlab编程作图得到的次摆本文运用AdvantEdgeFEM有限元软件，对高强度线模型如图2所示(选取1T／2刀具