毕业论文（设计）：基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析.doc

0基于基于 ANSYS 的切削加工的切削加工过过程温度程温度场场的分析的分析摘摘 要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1Abstract 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 difference2目目 录录1 绪论.........................................................................................................11.1 概述...................................................................................................11.2 研究切削温度的意义......................................................................11.3 切削温度在国内外的研究现状......................................................21.4 研究目的、意义和内容 ...................................................................22.ANSYS 软件简介...................................................................................32.1 ANSYS 的定义................................................................................32.2 ANSYS 软件的内容.........................................................................32.3 ANSYS 软件提供的分析类型.........................................................43 ANSYS 对物体的热分析......................................................................53.1 热分析简介.......................................................................................53.2 ANSYS 热分析特点.........................................................................54 ANSYS 在实例中的应用.......................................................................64.1 定义工作文件名和工作标题..........................................................64.2 定义单元类型..................................................................................74.3 定义材料性能参数..........................................................................74.4 建模.................................................................................................104.5 划分网格.........................................................................................134.6 加载求解.........................................................................................154.7 查看结果.........................................................................................184.8 结果分析........................................................................................185 致谢.......................................................................................................196 参考文献...............................................................................................2031 绪论1.1 概述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 研究切削温度的意研究切削温度的意义义切削加工时，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4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，颗粒之间呈晶界间的精细裂纹连接， 且存在不均匀的内应力，因此当高温切屑流摩擦刮研刀尖时，会因工 件材料硬度不均或存在硬质点所产生的微冲击而造成颗粒脱落或产 生微崩刃。

由此可见切削温度对加工工艺影响很大，对加工刀具寿命也有影 响研究切削温度可以避免一些不必要的经济损失1.3 切削温度在国内外的研究切削温度在国内外的研究现现状状近 40 年来，切削温度的研究越来越被人们重视，特别是工业发 达国家，日本、美国、前苏联、英国和德国等都很重视研究升发，已有 不少成果实用化日本对切削温度的研究广泛深人，设有专门的研究机构其中一 些代表入物，对切削温度的基础理论和实际应用进行了大量系统、深 入地研究，并有专著20 世纪 70 年代以来，车削、磨削在日本己研究 较成熟取得了很好效果，在生产中发挥了重要的作用前苏联在切削方面的研究较早，20 世纪 50 年代末 60 年代初就发 表过不少有价值的论文在切削温度研究上作了大量工作，并在振动 车削、磨削、攻螺纹、钻孔等应用方面职得了良好的经济效果美国在振动切削发展上曾走过弯路20 世纪 60 年代初开始的切 削研究工作，70 年代中期又重新开始，并在一些方面取得了系列成果， 目前己制订部分标准供选用英国和德国等对切削温度的机理和应用也进行了大量研究开发 工作，发表了不少有价值的论文，在生产中也得到了积极应用。