Si3N4基复合陶瓷刀具切削温度场及热应力的有限元分析.pdf

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1、第3期组合机床与自动化加工技术No．32016年3月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueMar．2016文章编号：1001—2265(2016)03—0048—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2016．03．013Si3N4基复合陶瓷刀具切削温度场及热应力的有限元分析水杨广安，吕志杰，程凯强(山东建筑大学机电工程学院，济南250061)摘要：应用有限元法对siN基复合陶瓷刀具温度场和热应力进行了分析计算。通过建立

2、siN基复合陶瓷刀具三维温度场和热应力的有限元模型，确定边界条件，分析求解得到siN复合陶瓷刀具的温度场和热应力。结果表明：普通单质陶瓷刀具随着切削速度的提高，其由切削温度引起的最大热Mises应力、最大热切应力以及最大热拉应力的增长幅度大于SiN基复合陶瓷刀具。说明SN基复合陶瓷刀具由热应力引起的破坏比单质陶瓷刀具小，寿命长，更适合于高速切削。关键词：高速切削；陶瓷刀具；温度场中图分类号：TH166；TG711文献标识码：ATemperatureandThermalStressAnalysisofS

3、i3N4CompositeCeramicToolwithFiniteElementMethodYANGGuang—an，LVZhi-jie，CHENGKai-qiang(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，ShandongJianzhuUniversity，Jinan250061，China)Abstract：Finiteelementmethodwasusedforthetemperaturefieldandtherma1stressofSi3N4c

4、ompositeceramictoo1．Three—dimensionalfiniteelementmodelforthecalculationofsteadytemperatureandthermalstressofSi3N4compositeceramictoolwasestablished．Resultsshowedthatwithincreasingthecuttingspeed，thevon—Misesstresses，maximumshearstressandmaximumprincipa

5、lstressincommonceramictoolweremuchbiggerthanSi3N4compositeceramictoolinhighcuttingspeedconditions．ThisphenomenonshowedthatSi3N4compositeceramictoolwasmoredurableandmoresuitableforhigh—speedcutting．Keywords：high—speedcutting；ceramictool；temperature；therm

6、alstress；finiteelement加工中。但复合陶瓷刀具在进行连续高速切削过程0引言中，绝大部分的切削功会转化成切削热，导致刀具温度高速切削加工与传统的切削加工相比，不仅在加迅速升高，刀具的前刀面甚至能达到IO00~C以上。工效率上有大幅度的提高，还显著地提高了加工精度由于陶瓷刀具材料的抗热震性能和导热性能比较低，和加工表面的质量，并解决了传统加工中加工效率与造成刀具内产生很高的热应力，对刀具的失效产生很加工精度和加工表面质量之间的相互制约问题。在大程度的影响j。Gunnars等研究了金属切

7、削工高速切削加工中，刀具是影响高速切削加工的关键因程中温度发生变化时刀具热应力对耐磨性能的影响。素之一，特别是刀具材料的性能及刀具的寿命已经成Sayman等模拟并计算了切削金属时刀具冷却工程为制约高速切削加工效率及加工质量的最主要因中热应力的变化。崔晓斌等¨研究了陶瓷刀具断续素引。其中刀具材料的改进、性能的提高、新型刀具切削时的切削力和刀具温度等的变化规律及相互关材料的研制多少年来一直没有间断，而且越来越受到系。重视引。目前，国内外对于复合陶瓷刀具的研究主要集中复合陶瓷刀具具有高硬度、优良的耐磨性能和

8、高于对其材料和性能等方面。而对于复合陶瓷刀具在高温力学性能以及稳定的化学性能被广泛用于高速切削速连续切削过程中速度的变化对刀具温度场和热应力收稿日期：2015—05—30；修回日期：2015—07—03基金项目：国家自然科学基金(51375281)作者简介：杨广安(1988一)，男，广西贵港人，山东建筑大学硕士研究生，研究方向为陶瓷刀具及高速切削，(E—mail)yaguan146@163．corn；通讯作者：吕志杰(1968一)，男，山东潍坊人，山东建