正交切削加工温度场的有限元仿真分析

切削变形产生的热量通过 与外界环境 的热交 换 ，最终 表现为 切 削温度 ，包括切 削区域 的 平均 切
削温度 和切 削 区温度 场情 况 。前者一 般用 自然 热 电
收稿日期：２ １－ ８ ０ ０ １ ０－ ７
材料为 ＷＣ硬质合金 ，工件材料为 Ａ Ｓ一０ ５（ ＩＩ１４ 相 当于 ４ 号钢 ） ５ ，环境温度取 ２ ℃，不用冷却液。 ０
Ｄｏ： ．９ ９ Ｊｉｓ ．０ ９ ０ ４ ２ １ ．（ ） ０ ｉ１ ３ ６ ／ ． ｎ １ ０ － １ ．０ １ 下 ．８ ０ ｓ ３ ２
文章编号 ：１ ０ － １ ４ ２ １ ） （ 一 ０ ３ ０ ９ ０ （ ０ １ 下） ０ ２ — ２ ０ ３ ２
０ 引言
切 削加 工 过 程 非 常 复 杂 ，涉 及 的 学 科 及 影 响 因素 较 多 ，因 此 ，传统 的 研 究 方 法 主 要 是 基 于 实 验 数 据 并 辅 以理 论 分 析 ，很 难 对 切 削 机 理 进 行定 量 分 析 和研 究 。近 年 来 ，基 于 有 限 元 方 法 的对 切 削加 工 过 程 的研 究 为切 削 加 工过 程 的研 究提 供 了
面 与 工件 已 加 工 表 面 的 摩 擦 。 当 刀具 锋 利 且 后 刀
ｔ＝ 。 ，口 ＿ 。，切 削 刃 钝 圆半 径 ｒ－ ． ｍｍ，刀 ｏ５ ０５ ￣０ ２ －０
具 一 件 间摩 擦 系数 为 ０６ 工 ．，热 传导 率为 ４ ，刀具 ０
面没 有磨 损时 ，第三变 形 区的 产生 的热 量并 不 多 。
金 属切削加 工过程 表现为 金属 的变 形较大 ，
对于这种切削模型的有限元仿真 ，在有限元网格
作者简介：陈为国 （９２ １６ 一），男 ，江西永新人，教授，主要从事机械制造，冲模和塑料模具的设计、制造、Ｃ Ｅ Ａ 分 析 ，数控 编程与加 工 ，液压与气压传动等方面的教学和研究工作 。
第３卷 第１ ２ １～ （ Ｉ３ ４ 期 ０２ １下） ２】
热 的 产 生 主 要 来 自于 第 一 变 形 区 的 剪 切 变 形 ，第
析 模 型 ， 切 削 速 度
ｖ ２０ ｍ ｎ ＝ ５ ｍ／ ｉ ，切 削 层厚
度 ａ－ ． ￣０４ ｍｍ， 工 件 宽 度ｗ２ ＝ ｍｍ， 刀 具 前 角
图２ 切削模型
二 变形 区 前 刀 面 与切 屑 的摩 擦 和 第三 变 形 区 后 刀
务Ｉ —匐 似 Nhomakorabea—
． ｉ 一． ＝
一
Ｉ 加工与制碴 ｌ
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正 交切 削加工温度场 的有 限元仿真分析
Ｆ ｎｉｅ ｅｌ ｅｎｔａｎ ｙｓ ｓ ｏｆｔ ｉ ｔ ｅｍ ａｌ ｉ ｅｍ ｐｅｒ ｕｒ ｆｅｌ ｎ ｔ ｏｇｏｎ ｔ ｉ ｇ ａｔ ｅ ｄ ｉ ｏｒ ｈ ｉ ａｌｃｕ ｔｎ
削过 程具 有重 要意 义 。
对 今 后 的研 究具有一 定 的指导 意义 。
２ 切 削加工的有 限元仿 真
图 ２所 示 是 正 交 切 削 的 有 限 元 仿 真 分
１ 正交切 削加工切 削热 的分析
切 削 热 是 切 削 过 程 中 的 重 要 物 理 量 ， 图 １所 示是 正交 切 削过程 切 削热 的产 生和 传导 图 Ⅱ，切 削 】
一
偶 法 ， 而 切 削 区 的
温 度 场 分 析 较 为 麻 烦 ， 一 般 采 取 自 然
热 电 偶 或 红 外 照 相 法 等 方 法 测 量 】 ，
较 为 复 杂。 所 以 ， 切 削 区 域 的 温 度 场 分 析 做 的 较 少 。 本 文 基 于 Ｄ ｆｒ ２ ｅｏｍ一Ｄ 软 件 对 正 交 切 削 过 程 的温 度场 进 行探 讨 ，其 分 析结 果 较为 符合 实 际 ，
图１ 切 削热 的产 生与传导
种 新型 的 手 段 和 方 法 ，其 仿 真 结 果 的参 数 较 为
丰富，不失为一种较 为经济 实用的方法，实践表 明切 削工 艺 和 切 削形 成 的有 限 元模 拟 对 了解 切 削 机 理 及切 削 的形成 等 有很大 帮 助 。 切 削温 度是切 削加 工一个 重要 的参数 指标 ， 其 直接影 响刀具的磨损和使用寿命 ，并影 响工件 的加 工 精 度 和 加 工 表 面 的 完 整 性 。 所 以 ，研 究切 削热 和切 削温 度 的产 生和 变化 规律 ，对研 究金 属切
陈为 国
ＣＨＥＮ Ｗ ｅ－ ｏ ｉ ｇｕ
（ 南昌航 空大学 。南昌 ３ ０ ６ ） ３ ０ ３ 摘 要 ：本文简述了切削加工切削热的产生于传导 ，基于有限元仿真技术分析了正交切削加工过程的
温度场分布 ，并对结果进行了后置处理与分析，结果表明有限元仿真技术的分析结果对研究 切削加 工过程 有较好的辅助作用。 关键词 ：正交切削；切削热；温度场；有限元仿真 中图分类号 ： Ｈ Ｔ １２ ６ 文献标识码 ：Ｂ