【正文】 用ANSYS測(cè)量分析切削溫度時(shí)，既可以測(cè)定切削區(qū)域的平均溫度，也可以測(cè)量出切屑、刀具和工件中的溫度分布。本文就是通過ANSYS模擬90176。一般認(rèn)為，刀具的磨損是由于切削過程中的高溫、高壓、切屑與前刀面間的摩擦以及工件材料中有關(guān)化學(xué)元素與之發(fā)生粘結(jié)、親和而引起的，即其磨損機(jī)制主要包括：1) 化磨損和相變磨損。由于刀具是由無數(shù)細(xì)小的顆粒構(gòu)成，顆粒之間呈晶界間的精細(xì)裂紋連接， 而且存在不均勻的內(nèi)應(yīng)力，因此當(dāng)高溫切屑流摩擦刮研刀尖時(shí)，會(huì)因工件材料硬度不均或存在硬質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的微沖擊而造成顆粒脫落或產(chǎn)生微崩刃。 前蘇聯(lián)在切削方面的研究較早，20 世紀(jì)50 年代末60 年代初就發(fā)表過不少有價(jià)值的論文。1983 年 10 月在西安召開的全國第一次切削專題討論會(huì)”，促進(jìn)了切削技術(shù)在全國的深入研究和推廣位用。只是到了近十幾年來，有限元技術(shù)的發(fā)展，特別是一些商用有限元軟件(如ANSYS ，ABAQUS 的開發(fā)，使之成為能夠定量分析這一過程的強(qiáng)大工具。2 車刀及其材料 車刀簡(jiǎn)介車刀的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。前角γ0根據(jù)工件材料的成分和強(qiáng)度來選取，切削強(qiáng)度較高的材料時(shí)，應(yīng)取較小的值?！?5176。 1) 前間隙角 　　自刀鼻往下向刀內(nèi)傾斜的角度為前間隙角，因有前間隙角，工作面和刀尖下形成一空間，使切削作用集中于刀鼻。此角度主要是在引導(dǎo)排屑及減少排屑阻力。同時(shí)切邊角亦可改變車刀受力方向，減少進(jìn)刀阻力，增加刀具壽命，因此一般粗車時(shí)，宜采用切邊角較大之車刀，以減少進(jìn)刀阻力，增加切削速度。本文以90176。良好的工藝性為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性。1) 通用型高速鋼鎢鋼：典型牌號(hào)為W18Cr4V，有良好的綜合性能，可以制造各種復(fù)雜刀具。如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等。車削是最基本、最常見的切削加工方法，在生產(chǎn)中占有十分重要的地位。過渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削著的表面，介于已加工表面和待加工表面之間。例如，車削加工時(shí)，工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給量f—刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量，用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述，mm/r或mm/行程。 軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 3) 結(jié)構(gòu)非線性分析 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。還可用于螺線 5 管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測(cè)裝臵等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析。此外，還可以分析相變、有內(nèi)熱源、接觸熱阻等問題。對(duì)于大多數(shù)情況，主要問題是利用平面單元以很少的計(jì)算時(shí)間即可獲得很高精度的結(jié)果。3) 網(wǎng)格劃分眾所周知，對(duì)于有限元分析來說，網(wǎng)格劃分是其中一個(gè)重要的步驟，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響到計(jì)算的精度和速度。使用這種方法生成的有限元網(wǎng)格形狀規(guī)則，數(shù)量要比相應(yīng)的自由網(wǎng)格少很多，可以大大節(jié)省計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算精度掃掠網(wǎng)格劃分是由面網(wǎng)格經(jīng)過拖拉、旋轉(zhuǎn)、偏移等方式而生成網(wǎng)格的一種網(wǎng)格劃分技術(shù)。對(duì)于非線性分析，一般都是非常耗時(shí)的，特別是模型比較復(fù)雜時(shí)，怎樣節(jié)約機(jī)時(shí)就顯得尤為重要。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。圖66選擇單元類型3) 在Library of Element Types中選擇Thermal Solid和Tet 10node 87，在Element type reference number輸入框中輸入1，如圖65。圖 9輸入材料密度5) 選擇Main Menu、Preprocessor、material models behavior一欄中雙擊Linear Isotropic對(duì)話框。圖6 20選擇線段對(duì)話框6) GUI：Utility Menu | Select | Entities，出現(xiàn)Select Entities對(duì)話框。在主界面選擇Area 1，2，4，單擊Ok按鈕關(guān)閉該菜單，如圖624。18) GUI: Main Menu | Solution Load Step Opts | Output Ctrls | Solu Printout，出現(xiàn)Solution Printout Controls對(duì)話框。圖6 31刀具溫度模擬輸出結(jié)果4) 選擇Utility Menu/ File/ Exit命令，出現(xiàn)Exit from ANSYS對(duì)話框，選擇QuitNo Save！如圖，單擊OK，關(guān)閉ANSYS。本次論文研究中，車刀溫度模擬計(jì)算優(yōu)點(diǎn)在于：計(jì)算中，它可以不斷改變刀具材料、工件材料，車刀的主要參數(shù)也可以改變，對(duì)車刀溫度模擬過程中的邊界加載條件也可以改變，如銑刀的導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、材料密度、壓力值、泊松比……輸入?yún)?shù)條件不同，卻能很方便快捷的計(jì)算出相應(yīng)條件下的車刀溫度場(chǎng)分布，從而可以節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力，使大量的銑削實(shí)驗(yàn)，包括一些無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上完成。另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。做這項(xiàng)研究的目的在于更好的發(fā)展車削技術(shù)，同時(shí)為指導(dǎo)新型刀具材料的開發(fā)和研究奠定基礎(chǔ)。表格 1切削力及接觸部分平均溫度切削速度v，m/min切削力F，N溫度載荷T，℃40+03+0245+03+0250+03+0255+03+0260+03+0265+03+0270+03+02由上表可以看出切削力在常用切削條件下隨切削速度的增加逐漸降低，而接觸點(diǎn)的平均溫度卻呈現(xiàn)較為明顯的升高。20) GUI：Main Menu | Solution | Solve | Current LS命令，出現(xiàn)Slove Current Load Step對(duì)話框，同時(shí)出現(xiàn)STATUS Command窗口，單擊File | Close 命令，關(guān)閉該窗口。在第一個(gè)下拉列表框中選擇Nodes，在第二個(gè)下拉列表框中選擇Attached to，在第三個(gè)單選框中選擇Areas，all，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖6 21選擇節(jié)點(diǎn)對(duì)話框7) GUI：Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Thermal | Temperature | On Nodes ，出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)選擇菜單。圖6 10輸入壓力值、泊松比 導(dǎo)入幾何模型、劃分網(wǎng)格1) 選擇Utility Menu | Import | IGES，如圖610，在出現(xiàn)的Import IGES File對(duì)話框中的[/AUX15][IOPTN] Option for IGES Import / Iges Import Option中選擇Defeature model ，其他默認(rèn)，單擊OK按鈕關(guān)閉，進(jìn)入文件所在目錄選擇。5) 單擊Close按鈕，關(guān)閉Element Types對(duì)話框。7 熱分析 建立工作文件名和工作標(biāo)題1) GUI：Utility Menu | File | Change Jobname，出現(xiàn)Change Jobname對(duì)話框如圖61。而應(yīng)該時(shí)刻觀察求解的收斂情況，如果程序出現(xiàn)不收斂的情況，應(yīng)終止程序，查看應(yīng)力，變形，等結(jié)果，以調(diào)整相關(guān)設(shè)置；即使程序收斂，當(dāng)程序計(jì)算到一定程度也要終止程序觀看結(jié)果，一方面可能模型有問題，另一方面邊界條件不對(duì)，特別是計(jì)算子模型時(shí)，數(shù)據(jù)輸入的工作量大，邊界位移條件出錯(cuò)的可能性很大，因而要根據(jù)變形結(jié)果來及時(shí)糾正數(shù)據(jù)，以免浪費(fèi)機(jī)時(shí)，如結(jié)果符合預(yù)期的話，可通過重啟動(dòng)，從終止的點(diǎn)繼續(xù)計(jì)算。例如!對(duì)于具有高度不規(guī)則橫截面的3D 模型，在橫截面上自由劃分四邊形網(wǎng)格，然后在體內(nèi)掃掠成六面體單元。自由網(wǎng)格劃分是自動(dòng)化程度最高的網(wǎng)格劃分技術(shù)，對(duì)所有劃分的模型沒有特殊的要求，可以應(yīng)用于任何模型的網(wǎng)格劃分。對(duì)于結(jié)構(gòu)分析，帶有附加形函數(shù)的角點(diǎn)單元會(huì)在合理的計(jì)算時(shí)間內(nèi)得到準(zhǔn)確的結(jié)果。模型包括所有節(jié)點(diǎn)、單元、材料屬性、實(shí)常數(shù)、邊界條件以及其他用來表現(xiàn)這個(gè)物理系統(tǒng)的特征。5 ANSYS對(duì)物體的熱分析 熱分析簡(jiǎn)介熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通量）等。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。4) 動(dòng)力學(xué)分析 ANSYS 程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。 ANSYS軟件提供的分析類型 ANSYS 軟件提供的分析類型如下： 1) 結(jié)構(gòu)靜力分析 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。4 ANSYS軟件簡(jiǎn)介 ANSYSA的定義ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)配合即可完成所需的表面幾何形狀的加工，根據(jù)工件表面形狀成形的需要，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是多個(gè)，也可以是一個(gè)；可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。圖3 2切削運(yùn)動(dòng)與切削表面示意圖切削運(yùn)動(dòng)刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為切削運(yùn)動(dòng)（即表面成形運(yùn)動(dòng)）。 在各類金屬切削機(jī)床中，車床是應(yīng)用最廣泛的一類，約占機(jī)床總數(shù)的50%。它還可用于高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。2) 高性能高速鋼典型牌號(hào)為高碳高