Research on Cutting-Temperature Field and Distribution of Heat Rates among a Workpiece, Cutter, and Chip for High-Speed Cutting Based on Analytical and Numerical Methods

Abstract

High-speed cutting is widely employed in aerospace, automotive, die, and other industries. However, no comprehensive mechanism of highspeed cutting behavior was as yet comprehended completely. Models of thermal sources and fields of cutting temperature are proposed for analysis of thermal equilibrium between heat generation and energy consumption at high-speed dry cutting. Mathematic models of cutting temperature for three cutting deformation areas are developed to analyze heat generation and release behavior in high-speed machining. The ratios of heat distribution among a chip, cutter and workpiece were found for different cutting speeds using the MATLAB software.Высокоскоростное резание широко используется в авиакосмической, автомобильной и других отраслях промышленности. Однако комплексный механизм процесса высокоскоростного резания еще недостаточно изучен. На основе анализа теплового равновесия между тепловыделением и потреблением энергии при высокоскоростной обработке без смазочно-охлаждающей жидкости предложены модели тепловых источников и полей температур резания. Для анализа влияния выделения и выхода тепла при обработке на высоких скоростях резания выведены математические модели температур резания для трех зон деформирования. Определены соотношения распределения тепла между стружкой, резаком и заготовкой, иллюстрирующие степень пропорциональности со скоростью с помощью пакета прикладных программ MATLAB.Високошвидкісне різання широко використовується в авіакосмічній, автомобільній та інших галузях промисловості. Однак комплексний механізм процесу високошвидкісного різання ще недостатньо вивчений. На основі аналізу теплової рівноваги між тепловиділенням і споживанням енергії при високошвидкісній обробці без мастильно-охолоджуючої рідини запропоновано моделі теплових джерел та полів температур різання. Для аналізу впливу виділення і виходу тепла при обробці на високих швидкостях різання виведено математичні моделі температур різання для трьох зон деформування. Визначено співвідношення розподілу тепла між стружкою, різаком і заготівкою, що ілюструють ступінь пропорційності зі швидкістю за допомогою пакета прикладних програм MATLAB.