1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文CFRPCFRP鈦合金疊層材料螺旋銑孔切削熱分析鈦合金疊層材料螺旋銑孔切削熱分析與溫度預(yù)測與溫度預(yù)測StudyonCuttingHeatTemperaturePredictioninHelicalMillingfCFRPTitanium一級學(xué)科：機(jī)械工程學(xué)科專業(yè)：機(jī)械工程作者姓名：劉婕指導(dǎo)教師：任成祖教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一四年十二月I中文中文摘要摘要鈦合金和CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)在航空航天制造業(yè)中得到

2、了日益廣泛的應(yīng)用。本文針對嚴(yán)重影響制孔質(zhì)量的切削熱問題，開展了CFRP和鈦合金材料螺旋銑孔過程切削熱和切削溫度的研究。根據(jù)螺旋銑孔原理，本文提出側(cè)刃銑削運(yùn)動形成的圓弧熱源和底刃鉆削運(yùn)動形成的線熱源兩種類型熱源，分別研究熱源形成的原因、形狀、尺寸和螺旋形運(yùn)動軌跡；根據(jù)熱源法并結(jié)合螺旋銑孔切削原理構(gòu)建位于孔上的固定坐標(biāo)系和位于熱源上的移動坐標(biāo)系，研究兩坐標(biāo)系間螺旋形的相對運(yùn)動軌跡，并用數(shù)學(xué)關(guān)系式表征該螺旋形軌跡；建立螺旋銑孔的切削力模型，在

3、此模型基礎(chǔ)上計(jì)算螺旋銑孔的切削熱量、熱源強(qiáng)度和熱流密度?？紤]CFRP各向異性的特點(diǎn)，建立各向異性介質(zhì)非穩(wěn)態(tài)的三維熱傳導(dǎo)模型，運(yùn)用變量分離法求解此傳熱模型得出溫度函數(shù)，在此基礎(chǔ)上對該溫度預(yù)測模型進(jìn)行空間和時間積分最終建立CFRP螺旋銑孔過程的溫度預(yù)測模型；運(yùn)用反導(dǎo)熱問題中的共軛梯度法反演計(jì)算CFRP螺旋銑孔過程中工件內(nèi)的能量分配系數(shù)；開展了CFRP螺旋銑孔實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了溫度預(yù)測模型的正確性。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，分析了主軸轉(zhuǎn)數(shù)，周向進(jìn)給量和軸

4、向進(jìn)給量對切削溫度的影響，得出了切削參數(shù)對切削溫度的影響規(guī)律。建立鈦合金螺旋銑孔過程中工件內(nèi)的熱傳導(dǎo)模型，并用格林函數(shù)法求解此模型，最終求得鈦合金螺旋銑孔過程中工件中的溫度預(yù)測模型；開展鈦合金螺旋銑孔實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了溫度預(yù)測模型的正確性；在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，分析了主軸轉(zhuǎn)數(shù)和軸向進(jìn)給量對切削溫度影響，得出了切削參數(shù)對切削溫度的影響規(guī)律。建立CFRP鈦合金疊層材料螺旋銑孔過程熱傳導(dǎo)模型，并用積分變換法求解此傳熱模型。在上述研究的基礎(chǔ)上，建立疊層