基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析[毕业论文]

机械设计毕业论文：基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析含论文,建模

基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析[毕业论文]

摘　要

在切削金属过程中所消耗的能量几乎90% 以上都转化为热, 致使工件、切屑和刀具的温度都上升, 其中刀具的温升与切削机理及切削参数密切相关, 并且直接影响刀具的磨损及其使用寿命.以传热学为基础,用有限差分数值方法, 对二元切削加工过程中切削区域温度场进行了计算机模拟。并以金刚石和硬质合金刀具切削钛合金为例, 进行了切削温度计算。经ANSYS分析, 模拟计算效果图与实测切削温度值吻合良好。这不削计算机模拟是可行的,同时也为探索难加工材料的切削加工特性提供了一种新的解析方法,可节省大量实验,为进一步预测最佳切削过程、指导新型刀具材料的开发奠定了基础。

关键词：　ANSYS，切削温度，解析预测，有限差分

Abstract

Based on heat transfer, by using a finite difference numerical method and per2sonal computer, temperature field at cut ting area in two dimensional machining processes is pre2dicted. Take machining titanium alloy by using diamond too l and carbide too l for examples, the cutting temperature is calculated. The calculated temperature is in good agreement with that measured. This indicates that computer simulation of cutting temperature is applicable. It also provides a new analytic method for the study of cutting and processing features of hard process2ing materials. A large amount of experiments will be saved thus. It lay a for p redict2ingthe optimum cut ting process and instructing the development of new cutter materials.

Key words：ANSYS，Cut ting temperature，Analytic prediction，Finite difference

目 录

1绪论 1
1.1概述 1
1.2 研究切削温度的意义 1
1.3 切削温度在国内外的研究现状 2
1.4 研究目的、意义和内容 2
2.ANSYS软件简介 3
2.1 ANSYS 的定义 3
2.2 ANSYS软件的内容 3
2.3 ANSYS软件提供的分析类型 4
3 ANSYS 对物体的热分析 5
3.1热分析简介 5
3.2 ANSYS热分析特点 5
4 ANSYS在实例中的应用 6
4.1 定义工作文件名和工作标题 6
4.2 定义单元类型 7
4.3 定义材料性能参数 7
4.4建模 10
4.5划分网格 13
4.6加载求解 15
4.7查看结果 18
4.8 结果分析 18
5致谢 19
6参考文献 20

1绪论

1.1概述

在机械制造业中,虽然已发展出各种不同的零件成型工艺,但目前仍有 90 %以上的机械零件是通过切削加工制成。在切削过程中,机床作功转换为等量的切削热 ,这些切削热除少量逸散到周围介质中以外 ,其余均传入刀具、切屑和工件中,刀具、工件和机床温升将加速刀具磨损 ,引起工件热变形 ,严重时甚至引起机床热变形。因此 ,在进行切削理论研究、刀具切削性能试验及被加工材料加工性能试验等研究时,对切削温度的测量分析非常重要。使用ANSYS测量分析切削温度时,既可测定切削区域的平均温度 ,也可测量出切屑、刀具和工件中的温度分布。

1.2 研究切削温度的意义

切削加工时，切削温度对工作前角、刀—屑平均摩擦系数，单位切削功率及切屑变形系数的影响都是很大的。在切削温度低600℃的情况下，切削温度直接影响积屑瘤的消长，从而影响到积屑瘤前角，所以工作前角随切削温度的变化而变化。 刀—屑平均摩擦系数随切削温度变化原因有二。其一是积屑瘤前角随切削速度而变化，当θ＜300℃时，积屑瘤前角随着温度的提高而增大；当300℃<θ<600℃时，积屑瘤前角随切削温度的升高而减小。其二是：刀—屑界面上切屑底层金属的强度随切削温度的上升而下降；当θ＞600℃时，刀屑摩擦系数的下降主要就是由于这个原因。当θ＜600℃时，随工作前角的增大而减小；随工作前角的减小而增大。当θ＞600℃时，积屑瘤消失，这时，切屑变形系数的减小是由于刀—屑平均摩擦系数的减小； 单位切削功率pc—θ曲线有着与切屑变形系数曲线相似的形状，其理由是不言而喻的，切屑变形大，需要的功自然也就大些。

当切削温度较高时，会使被加工材料软化，与刀具间硬度差增大，有利于切削加工进行。。一般认为，刀具的磨损是由于切削过程中的高温、高压、切屑与前刀面间的摩擦以及工件材料中有关化学元素与之发生粘结、亲和而引起的，即其磨损机制主要包括：①氧化磨损和相变磨损。刀具高速切削时的平均切削温度可达1000～1200℃，在此高温下，即使在常压和空气气氛中也足以使刀具刀尖区产生氧化、放氮甚至相变。而刀具一经氧化和相变即会丧失其切削能力。②粘结磨损。在一定压力和高温条件下，刀尖与被加工材料接触区随着切屑不断流出，双方均不断裸露出新的表面。随着与合金元素的亲和倾向不断增加，将导致出现粘结磨损。这种磨损一般表现为微粒脱落，当刀尖区温度高达1200℃左右时，局部颗粒将呈现“半熔化”状态，从而使粘结磨损大大加剧。③颗粒剥落与微崩刃。由于刀具是由无数细小的颗粒构成，颗粒之间