切削過程中產(chǎn)生的切削溫度是影響切削齒切削效率和使用壽命的重要因素。鑒于此,通過建立圓弧切削齒與巖石相互作用溫度分布模型,主要從切削齒上溫度分布特點(diǎn)、峰值溫度的變化等方面探討了切削過程中圓弧齒刀刃半徑對(duì)切削溫度的影響。分析結(jié)果表明:較小的PDC刀刃半徑可以減小齒上溫度的積聚現(xiàn)象,降低齒上溫度,而較大的圓弧半徑反而會(huì)提升齒上的切削溫度;圓弧齒切削過程中存在臨界圓弧半徑,在臨界范圍內(nèi),圓弧齒峰值溫度點(diǎn)位置與鋒利齒類似,集中在切削齒前刀面距刀刃一定距離處;圓弧半徑較大時(shí),則下移至圓弧底部;力的變化趨勢以及作用與溫度分布規(guī)律相對(duì)應(yīng),優(yōu)化的圓弧半徑切削齒傳熱效果更優(yōu),可以減少切削齒上熱磨損現(xiàn)象,從而延長切削齒的使用壽命。研究結(jié)果對(duì)于切削齒破巖機(jī)理的研究和延長切削齒使用壽命具有重要意義。 

【文章來源】：石油機(jī)械. 2020年06期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圓弧切削齒溫度分布模型圖

由于切削過程工況十分復(fù)雜，本文采用數(shù)值模擬的方法，可以直觀地對(duì)溫度分布以及峰值溫度進(jìn)行分析。使用ABAQUS/Explicit建立了巖石切削二維有限元模型(見圖2)，模型采用了DruckerPrager損傷本構(gòu)法。巖石網(wǎng)格劃分采用雙線性四節(jié)點(diǎn)熱耦合平面應(yīng)變減縮積分單元(CPE4RT),PDC切削齒采用三節(jié)點(diǎn)熱耦合平面應(yīng)變?nèi)切螁卧?CPE3T)。為保證運(yùn)算精度，在切屑區(qū)域以及刀刃區(qū)域設(shè)置較密的網(wǎng)格，其他區(qū)域網(wǎng)格相對(duì)比較稀疏。模型中邊界條件:(1)巖石的底部和左側(cè)在X、Y方向上完全受約束;(2)切削齒在Y方向完全約束。仿真采用與實(shí)際破巖工況接近的二維切削模型。巖石材料選為大理巖，長為100 mm，寬為50mm，切削層高度為3 mm，模型中巖石工件固定，切削齒從右向左進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng);選擇標(biāo)準(zhǔn)圓柱形切削齒，齒徑為13.44 mm，齒厚為8 mm，其中PDC層厚度為2 mm，碳化鎢基體厚度為6 mm;仿真中初始大氣溫度設(shè)置為20℃，切削齒的前傾角設(shè)置為-15°，切削深度為0.5 mm，切削速度為0.2m/s;選取8種圓弧半徑r，其值如表1所示。

根據(jù)不同圓弧半徑切削齒溫度分布云圖(見圖3)，可以觀察到:(1)鋒利切削齒峰值溫度分布范圍最廣，峰值溫度達(dá)到60℃。由于切削齒尖端接觸面積很小，在齒尖處易于形成熱量積聚現(xiàn)象，產(chǎn)生大量的切削熱，導(dǎo)致切削齒的溫度較高[17]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于ABAQUS的PDC高速切削巖石機(jī)理研究[J]. 高明洋,張凱,周琴,周輝峰,劉寶林.  石油機(jī)械. 2019(02)
[2]單齒回轉(zhuǎn)切削力學(xué)模型的研究進(jìn)展[J]. 鄭國敬,周琴,張凱,汪偉.  煤炭學(xué)報(bào). 2018(S2)
[3]國外PDC切削齒研究進(jìn)展[J]. 許利輝,畢泗義.  石油機(jī)械. 2017(02)
[4]熱-結(jié)構(gòu)耦合PDC單齒破巖溫升規(guī)律研究[J]. 伍開松,柯行,龍巾幗.  石油機(jī)械. 2013(04)
[5]PDC鉆頭切削齒破巖溫度場有限元仿真分析[J]. 鄧嶸,李勇.  石油機(jī)械. 2012(12)
[6]基于ABAQUS的PDC鉆頭切削齒溫度場分析與仿真[J]. 李勇,鄧嶸,劉云勝.  現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備. 2012(02)
[7]巖石鉆掘過程中的鉆頭溫度分析[J]. 楊曉峰,李曉紅,盧義玉.  中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(10)
[8]水射流輔助巖石切削過程的刀具熱應(yīng)力分析[J]. 楊曉峰,李曉紅,盧義玉.  煤炭學(xué)報(bào). 2011(01)



本文編號(hào)：2941795