[发明专利]一种液氮低温车削刀具温度场建模方法

说明书

本发明公开一种液氮低温车削刀具温度场建模方法，所述方法包括以下步骤：1)分析液氮低温冷却流体物理模型，建立刀具表面对流传热系数的数学模型；2)选取刀具材料和工件材料进行液氮板材喷射实验，获取液氮冷却实验温度数据；3)采用CFD模型进行液氮冷却流体仿真，获取液氮冷却仿真温度数据；4)对比液氮冷却实验温度数据和仿真温度数据，调整CFD模型中流体气、液相比例，使仿真值与实验值一致，从而确定对流传热系数；5)利用所得对流传热系数进行液氮低温车削刀具温度场有限元仿真并进行实验验证。本发明提供的方法能够得到液氮低温冷却流体气、液相比例，确定对流传热系数，实现液氮低温车削刀具温度场建模，为相关研究提供理论支持。

技术领域

本发明涉及切削加工和刀具技术领域，特别涉及一种液氮低温车削刀具温度场建模方法。

背景技术

液氮低温切削有利于提高材料的可加工性，保证较好的已加工表面质量，提高具寿命，相比传统加工方式，低温冷却加工具有一定的优势，可以体现在如下四个方面：低温能够使加工材料产生低温脆性现象，有利于切屑的折断，改善难加工材料的可加工性；低温冷却有效降低了切削区域的温度，改善工件表面质量的同时也减少了刀具氧化磨损，提高了刀具寿命；在高速切削中采用低温冷却可减少刀具失效，减少换刀次数，可以提高加工制造效率；采用液氮等低温介质能够避免切削液对环境造成污染，加工过程绿色环保，同时避免了繁琐的清理工作；目前，国内外已经有相关人员对低温切削的切削热、切削力、切屑形态等方面进行了一定的研究工作，主要是低温切削实验研究，但是对于液氮低温冷却加工中刀具表面温度场的理论研究工作较少；当液氮喷射到刀具上时，二者之间的传热过程错综复杂，需要综合考虑传热方式及液氮物理特性对其影响作用，因此，本发明提出一种液氮低温车削刀具温度场建模方法，为液氮低温车削刀具温度场研究提供理论支持。

发明内容

一种液氮低温车削刀具温度场建模方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一

分析液氮低温冷却流体物理模型，建立刀具表面对流传热系数的数学模型；

步骤二

选取刀具材料和工件材料进行液氮板材喷射实验，获取液氮冷却实验温度数据；

步骤三

采用CFD模型进行液氮冷却流体仿真，获取液氮冷却仿真温度数据；

步骤四

对比液氮冷却实验温度数据和仿真温度数据，调整CFD模型中流体气、液相比例，使仿真值与实验值一致，确定对流传热系数；

步骤五

利用所得对流传热系数进行液氮低温车削刀具温度场有限元仿真并进行实验验证。

附图说明

附图1为本发明的流程图；

附图2为实施案例1中分析液氮低温冷却过程图；

附图3为实施案例1的Ti-5553板材液氮喷射实验方案；

附图4为实施案例1的WC-Co板材液氮喷射实验方案；

附图5为实施案例1的板材液氮喷射实验物理模型；

附图6为实施案例1中液氮喷射过程CFD模型三维网格划分剖面图；

附图7为实施案例1中调整气、液相比后所得Ti-5553板材的仿真温度和实验测量所得温度对比图；

附图8为实施案例1中调整气、液相比后所得WC-Co板材的仿真温度和实验测量所得温度对比图；

附图9为实施案例1中根据所得气、液相比例所确定的Ti-5553板材的对流传热系数分布的3D曲线图；