碳钢高速车削中切削热的试验研究与有限元分析

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本论文探讨了量热计法、解析法、有限元法和人工热电偶法等切削热与切削温度研究方法的应用问题,采用这些方法较为系统地研究了高速车削常用结构钢中切削力的特性与变化规律、切屑形态、切屑厚度与刀-屑接触长度、切削热加工系统(切屑、工件、刀具和环境)中的量化分配和刀-屑接触界面及刀具切削温度的变化规律。通过一系列试验和有限元模拟分析,论证了各种研究方法的适用性和吻合性。研究结果证明:利用适配于高速机床的切削热测量装置,可以 在封闭式高速切削环境中研究切削热在切屑、工件、刀具和空气中的量化分配规律;利用切削热解析法,并通过切削实验获得切削力、切屑厚度、刀-屑接触长度等数据,可以探讨剪切面、刀-屑界面平均温度,进而也可得到切削热在切屑、工件和刀具中的量化分配关系;有限元法也是切削热和切削温度研究的有力工具。 本论文研究得到的结论是:在碳钢车削中,切削力有随切削速度先升后降的变化规律,在本论文实验参数条件下,切削力升降转折速度段为400~800m/min;等量切削时,随切削速度的增大,传入切屑中的切削热增大,而传入工件和刀具的切削热减少;随切削速度的增大,碳钢切削过程所耗的功率几乎成线性增大,单位时间的切削热随之增大;单位时间流入切屑和工件中的切削热都随切削速度的增大而增大,而流入刀具部分增幅不大;耗散于切屑中的切削热占总切削热的大部分,其比率随切削速度的增大而增大,但上升幅度逐渐减小;工件和刀具占的切削热比率随切削速度的增大而减小;碳钢高速车削中,刀-屑接触界面温度很高,而切屑、刀具中的温度梯度很陡。   
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