[发明专利]一种基于镜像热源和非均匀热分配的三维热建模方法

摘要

本发明提供了一种基于镜像热源和非均匀热分配的三维热建模方法，以车削加工参数、材料热力学参数和刀位点参数等作为输入量，以切削温度数值和分布作为输出；通过有限元仿真和实验数据的验证和完善，用于在不同切削参数和工况下对圆形车刀车削工件过程中的刀具、切屑和工件建立三维温度场模型，预测圆形车刀加工难加工金属时的切削温度大小及分布情况。

主权项

1.一种基于镜像热源和非均匀热分配的三维热建模方法，用于在不同切削参数和工况下对圆形车刀车削工件过程中的刀具、切屑和工件建立三维温度场模型，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：向待建立的温度场模型输入刀具的加工参数、刀具的材料参数和工件的材料参数；步骤S2：根据步骤S1输入的参数，将切削过程中刀具的前刀面产生的热源分为剪切热源和摩擦热源；以刀具圆心为三维坐标系的空间圆点，将剪切热源按刀具半径方向划分为N个微元，将摩擦热源按切屑流动方向划分为N个微元；计算微元的几何参数；步骤S3：根据步骤S1输入的参数和步骤S2计算得出的参数，运用热源强度公式计算热源微元的剪切热源强度和摩擦热源强度；步骤S4：根据步骤S1输入的参数和步骤S2、步骤S3计算得出的参数，依据温升公式计算每个点的初始温升值，包括切屑上任意一点受第j对剪切热源微元和摩擦热源微元共同作用引起的温升和刀具上任意一点受第j对剪切热源微元和摩擦热源微元共同作用引起的温升；步骤S5：根据步骤S1输入的参数和步骤S2、步骤S3、步骤S4计算得出的参数，通过非均匀热分配模型匹配刀具‑切屑交界面两侧的温升，得到摩擦热源对切屑侧和刀具侧的热分配系数；根据热传导理论分别得到刀具、切屑的温升模型；步骤S6：根据步骤S1输入的参数和步骤S2、步骤S3、步骤S4、步骤S5计算得出的参数，叠加N个热源微元对M点的温升作用和室温，得到M点的切削温度，建立刀具、切屑和工件的三维温度场。