基于ANSYS环境切削刃温度的有限元建模与多步反向仿真

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

精密干式硬态切削(FDHC) 1-2]能得到与磨削相当的表面粗糙度，是最具应用前景的先进制造技术. 但是，FDHC过程中的切削温度高达 800～1000℃ ，由此引起的温升将严重影响切屑形态、已加工表面完整性以及刀具的使用寿命.另外，切削温度采集又是-项最难测量的工作，由于切削过程中的切屑覆盖了切削刃而无法有效获得其瞬时的温度 ，这为学者研究该领域带来了很大困难。

目前，刘战强教授等人5 详细探讨了温度的测量原理与测定方法.陈涛博士l 通过用 PCBN刀具切削淬硬钢 GCrl5，研究了倒棱刃 口几何参数(倒棱宽度和倒棱角度)的变化对切削温度的影响规律.冯吉福 等学者研究了PCBN刀具车削淬硬高速钢时，切削用量对切削温度的影响。

当前，刀具切削过程中的几何建模与有限元法已成为研究金属切削过程的-种有效方法.张翔收稿日期：2012-12-25基金项目：兰州工业学院青年科技创新计划项目(13K-001)作者简介：唐林虎(1978-)，男 ，甘肃武山人，副教授，博士。

等9 对微径球头铣刀铣削表面的误差进行了建模与仿真.Ng1。。和 Tang 利用 ABAQUS有限元软件仿真了剪切区与刀具的温度场.Mamalis等学者 通过建立直角与斜角车削模型，分析了高速干式硬态切 削条件下 的温度 场.Chioul13]使用ANYSY软件模拟了冷却管对车削温度的降温效应。

本文将通过建立刀具在精密干式硬态车削过程的几何模型，结合人工热电偶法以及 ANSYS软件的瞬态热分析法，反向仿真精密干式硬态车削淬硬工具钢 Crl2MoV时切削刃温度。

1 车削试验1.1 试验设备切削试验在 CAK6150Dj数控车床上进行，如图 1所示 。

1.2 试件材料试件材料采用 Crl2MoV工具钢，其化学成分兰 州 工 业 学 院 学 报 第 20卷2007，31(9)：905-914。

[14] 王丽君，苗彬，孟先新.Crl2MoV钢不同热处理条件下的硬度和金相组织分析[J].模具工业，2005(9)：52-56。

[15] 刘战强，万熠，周军.高速切削刀具材料及其应用[J].机械工程材料，2006，30(5)：1-4。

[16] 唐宗军.机械制造基础[M].北京 ：机械工业出版社 .1997：13-14。

[17]佟艳娇，张弘锼，李熳，等.PCBN刀具干车淬硬钢时倒棱前角对切削力和刀具磨损的影响[J].金刚石与磨料磨具工程，2007(2)：66-68。

张晓星.基于结合面的数控机床静动热态特性研究[D].长春 ：吉林大学，2011。

ASME. Forced Laminar Flow Over an IsothermalPlate.http：///formulae/heat-trans-fer/convection- -forced/calc- -lamflow- -isothermalplate。

Finite Element M odeling and M ulti-step Inverse Simulationof the Cutting Edge Temperature Based on the ANSYSTANG Lin-hu ，DOU Qi-dong ，GAO Cheng-xiu ，CHANG Wen-chun ，ZHANG Jun-ping(1.Department of Mechanical Engineering，Lanzhou Institute of Technology，Lan Zhou 730050，China；2.Siemens Switchgear Ltd.，Shanghai R&D，Shanghai 20045，China)Abstract：An experiment investigation of finish dry hard turning various hardened tool steel Crl2MoV was con-ducted with the PCBN cutting too1.According to the manufacturing process in FDHT，the hardened steel，thegeometrical model for the per·unit cutting lay was exploited under the condition of the smaller depth of cut-.1argernose radius-oblique turning(SDOC-LNR-OT).And the half-crescent shape zone is the main absorbing heat zoneof the PCBN tool insert，which was presented in this paper.Then the finite element model of the PCBN tool in。

sert was proposed.Based on the experiments and finite element modeling，the cuting edge temperatures in fourcutting speed were simulated with the multi-step inverse simulation method utilizing the ANSYS so，ware.The ex。

perimental results show that the cutting edge temperatures are at 725℃ ～1 053 oC.And the absolute errors be-tween the experimental and simulated results are less than 5% .which meets requirements of the target.Thismethod is of great directive signifcance and reference value in the production。

Key words：finish dry Hard turning(FDHT)；hardened tool steel；the smaler depth of cut.1arger nose radius-oblique turning(SDOC-LNR-OT)；finite element modeling；multi-step inverse simulation：cuting edge tempera-ttlre(责任编辑：曾贤灏)