曲线刃车刀片热力耦合场分析及其高速切削性能评价

作     者：高羡明 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜彬

授予年度：2009年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高速车削 切削刃 曲率半径 热力耦合场 

摘      要：高速切削机理的研究作为高速切削技术的理论基础,是高速切削技术应用和发展的基石。刀具刃口刃形对高速切削过程有着重要的影响,刃口刃形上热力耦合场的分布及变化影响刀具的切削性能。目前对高速切削的热力耦合场分析主要集中在针对特定刀片的单物理场分析,没有对其作用规律进行分析研究。因此,有必要对其热力耦合场的分布和变化规律进行深入的研究。 在基于曲线刃刀片的高速切削机理研究的基础上,以曲线刃高速车刀车削铝合金过程下的刃口刃形为研究对象,提取曲线刃刀片刃口刃形的特征参数,运用自适应有限元网格划分等有限元方法,建立高速车削热力耦合仿真模型,根据高速切削热力耦合场分布情况的模糊性,建立高速切削模糊物元评判模型,对曲线刃车刀刀刃上各点刃口刃形的优化,获得其最佳切削性能。主要研究内容包括以下几个方面: 首先,分析曲线刃车刀刀片刃口刃形对高速切削过程的影响,建立曲线刃切削层参数的理论模型;依据模型抽取刀具刃口刃形的特征参数,并分析了其对力热的影响情况。 其次,针对高速切削问题,运用高速切削热力耦合理论,构建工件材料的非线性本构模型;根据曲线刃刀具高速切削的特点,以对切削模拟中的网格畸变以及自适应网格划分等问题的研究为基础,建立了曲线刃高速切削热力耦合有限元模型,并对模拟结果进行了分析。 最后,通过对有限元模拟结果的分析,针对模拟结果的模糊性和不相容性问题,采用模糊物元评判理论,通过对力、热权重的分析,建立曲线刃车刀片刃口刃形的模糊物元评判模型。利用模型对曲线刃车刀刃口刃形进行了优化,结果和试验表明,对刀具的刃口刃形优化可以有效的提高刀具的切削性能。