准干式深孔加工中切削热的理论计算与温度场模拟

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准干式深孔加工是一个高度非线性、热力耦合的过程。在深孔加工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,它将限制生产率的提高。切削温度还会使加工精度降低,使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。由于加工过程中产生的切削热对刀具磨损的部位、工件材料性能的变化、已加工表面质量都有很大的影响,因而对切削热的研究显得尤为重要。本文主要工作是研究单刃内排屑深孔钻在加工过程中产生的切削热。在论文中首先基于前人提出的一些研究模型,结合深孔加工的实际切削情况,从理论上给出一种求切削热的方法。并分析切削热的主要影响因素,从而给实际加工提供一定的参考价值。接下来通过分析温度场的分布情况定性的分析切削热,并利用通用有限元软件(DEFORM)进行建模分析,给出一种直观的温度场分布状况。最后采用单一变量法,求出切削温度关于转速、进给量的关系式,应用Matlab编程,作出前刀面最高切削温度与转速、进给量的变化曲线。本文的创新点在于:首先从实际深孔加工角度出发,导出切削热的计算表达式,特别是对切削热的主要影响因素进行了分析;其次使用有限元软件DEFORM对深孔加工过程中单刃内排屑深孔钻头的温度场分布进行模拟;最后根据模拟出的温度场分布图,采用单一变量法,求出钻头最高切削温度关于转速、进给量的计算关系式,应用Matlab编程,作出前刀面最高切削温度与转速、进给量的关系曲线。虽然与文献试验得出的关系曲线有一定的差异,但总体趋势还是一致的。这对以后进行的准干式深孔加工研究可以提供一定的参考价值。
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