一种确定立铣刀铣削过程切削热分配比例的方法

摘要

本发明公开了一种确定立铣刀铣削过程切削热分配比例的方法，步骤是：计算刀屑接触区的表面热流密度；利用ABAQUS软件对铣刀三维模型进行有限元仿真分析得到铣刀的温度场结果；进行刀具测温实验，利用OMEGA软件得到实验中刀杆上部多个测温点的温度：根据实验中多个测温点的位置将仿真结果中对应点的温度提取出来与刀杆上多个测温点的温度进行对比，根据对比结果调整热分配系数A％，当仿真结果与测温实验结果相差±15％时，即可得出此工况下的具体的热分配系数值A％。本发明方法具有实验时间较短，计算准确的优点，工程实际应用效果好。可以方便的使用有限元分析软件进行模拟仿真，并通过实验数据与仿真结果进行比较、调整，从而得到较为精确的热分配比例结果。

主权项

一种确定立铣刀铣削过程切削热分配比例的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、计算刀屑接触区的表面热流密度g，包括：首先，根据式(1)求出铣刀切削热功率P，$P=\frac{V\times {\mathrm{dF}}_R\times {\mathrm{sin\phi }}_n\times sin\lambda }{cos({\phi }_n-{\alpha }_n)}---\left(1\right)$式(1)中：V为切削速度，α_n为法向前角，α_n＝tan^‑1(tanα_rcosα_h)，α_r为径向前角，α_h为螺旋升角；φ_n为法向剪切角，λ为刀屑摩擦角，λ＝19.1+0.29α_n(°)；${\mathrm{dF}}_R=\frac{{\mathrm{dF}}_s{\mathrm{cos\eta }}_s}{cos\lambda \left(cos\right({\phi }_n-{\alpha }_n)-{\mathrm{tan\lambda cos\eta }}_{c}sin({\phi }_n-{\alpha }_n\left)\right)}---\left(2\right)$式(2)中，dF_s为微元的剪切力，η_c为切屑流出速度，令η_c＝α_h，η_s为剪切带流动方向角，${\eta }_s={\tan }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{tan\eta }}_c{\mathrm{sin\phi }}_n-{\mathrm{tan\lambda }}_{s}cos({\phi }_n-{\alpha }_n)}{{\mathrm{cos\alpha }}_n}\right)---\left(3\right)$式(3)中，α_s为刃倾角等于α_h，${\mathrm{dF}}_s=\frac{\tau h}{{\mathrm{cos\lambda }}_S{\mathrm{sin\phi }}_n}dz,---\left(4\right)$式(4)中，h为每齿进给量，dz为微元长度，τ为平均剪切应力，$\tau =\frac{1}{\sqrt{3}}[A+B{\left(\frac{\gamma }{\sqrt{3}}\right)}^n][1+C\ln \left(\frac{\stackrel{·}{\gamma }}{{\stackrel{·}{\gamma }}_0}\right)][1-{\left(\frac{T-T_0}{T_m-T_0}\right)}^m]---\left(5\right)$式(5)中，A为工件材料屈服强度，B为工件材料硬化模量，γ为应变，n为加工硬化指数，C为应变率敏感性因数，为应变率，其中，Δy为剪切带厚度，剪切速度为参考应变率，T为剪切带温度，T₀为参考温度，T_m为材料溶化温度，m为热软化系数；然后，由上述得出的热功率P求得面热流密度其中，l_contact为铣刀与切屑的接触长度，步骤二：利用ABAQUS软件对铣刀三维模型进行热传递有限元分析，包括：2‑1)根据所用铣刀建立铣刀三维模型及网格划分；2‑2)设定铣刀三维模型材料属性，包括铣刀材料的密度、比热容、热传导系数、杨氏模量、泊松比；2‑3)载荷及边界条件设定：以步骤一的面热流密度乘以热分配系数即g×A％作为载荷施加到铣刀三维模型刀刃上的刀屑接触区域，其中，A％的初设值为50％；对整个铣刀施加边界条件，边界条件为空气自然对流；2‑4)热传递有限元仿真分析后得到铣刀的温度场；步骤三：利用OMEGA软件得到刀具测温实验中刀杆上部多个测温点的温度：对刀具进行测温实验：在铣刀柄(1)上安装多个温度采集模块(4)，在铣刀(7)的上部设有多个测温点(5)，所述温度采集模块(4)具有热电偶插头(3)，所述热电偶插头(3)与测温点(5)之间均分别连接有热电偶(11)，所述温度采集模块(4)与所述计算机之间设有匹配的插接件；利用上述铣刀(7)对工件(14)进行铣削加工，铣削过程结束后，所述温度采集模块(4)将采集到的铣削过程铣刀的温度传输给计算机；所述计算机利用OMEGA软件得到刀杆上所述多个测温点的温度；步骤四：确定热分配系数A％的终值：根据步骤三中刀杆上多个测温点的位置将步骤二仿真结果中对应点的温度提取出来与步骤三得到的刀杆上所述多个测温点的温度进行对比，如果仿真结果大于测温实验结果则按照3％减小热分配系数A％，反之增大热分配系数A％，重复依次执行步骤2‑3)、2‑4)和步骤四，当满足仿真结果与测温实验结果相差±15％时，从而得出热分配系数A％。