文章来源：

　孟辉 赵军 王素玉 贾秀杰 李作丽

　　山东大学

　　摘要

　　建立了正交切削的热传导分析模型，采用有限元法对高速切削条件下的温度场进行了数值模拟，得到切削速度对切削温度的影响规律，为研究刀具磨损机理、优化切削参数提供了有益的参考数据。

　　关键词

　　高速切削， 切削温度， 切削速度， 有限元

　　1 引言

　　切削温度是高速切削加工一个重要的参数指标，由于切削时所消耗的能量大部分都转化为热能，因此，切削热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。在高速切削研究中，切削温度分布及其变化规律是高速切削工艺分析的主要依据。所以，研究切削热和切削温度的产生和变化规律，对研究金属切削过程具有重要意义。

　　长期以来，切削温度是以切削区的平均温度来计算的，尽管它能定性地反映切削温度的某些性质，但要进一步深入研究切削机理，则有必要了解切削温度的分布情况。随着计算机技术的发展，金属切削加工的有限元模拟技术得到了快速发展。金属切削加工的有限元模拟考虑了材料属性、刀具几何条件、切削加工参数(切削速度、进给量、切削深度)等因素，通过对金属切削加工过程进行物理仿真，可以预知刀具、切屑以及工件的温度场分布。笔者利用有限元技术对直角切削加工过程进行了物理仿真，模拟了在不同切削速度以及在同一切削速度下不同阶段的刀具、切屑以及工件的温度场分布，为研究刀具磨损机理、优化切削参数提供了有益的参考数据，可用于指导高速切削刀具几何参数及切削用量的合理选择。

　　2 切削传热模型的建立

　　金属切削加工的有限元模拟是一个非常复杂的过程，涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学以及热力学、摩擦学等。此外，在实际生产中影响加工精度、表面质量的因素很多(如刀具的几何参数、切削参数、切削路径等)，这些因素的复杂性使模拟过程中相关技术的处理具有较高的难度。因此。为了便于计算，在进行有限元模拟时做了如下假设：

　　① 被加工材料各向同性;

　　② 在切削加工过程中产生连续切屑;

　　③ 忽略加工过程中由于温度变化引起的金相组织及其它化学变化;

　　④ 刀具相对于工件运动。

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