基于ansys的切削加工受力分析畢業(yè)論文-wenkub.com
2025-06-15 21:18 本頁(yè)面
【正文】 由于本文分析的車(chē)刀結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，故從略。由于切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高溫，且刀具與工件材料之間存在較大壓力，因此當(dāng)溫度和應(yīng)力達(dá)到一定水平時(shí)，在應(yīng)力最大處就可能產(chǎn)生刀刃點(diǎn)蝕以及刀具材料塑性變形，使加工精度難以保證，為此必須調(diào)整切削參數(shù)以降低應(yīng)力，以保證刀具在穩(wěn)定的切削狀態(tài)下工作。 GUI：MainMenu General Postproc Read Results By Load Step彈出選擇分析載荷步選擇對(duì)話框，分別選擇從第一步到第五步的應(yīng)力分布圖。 對(duì)工件底部施加全約束，工件右側(cè)面施加 X 方向的約束，約束作用距離為零。 求解準(zhǔn)備和施加約束邊界條件 設(shè)置分析類型設(shè)置分析類型為靜態(tài)分析 GUI: MainMenu Solution Analysis Type New Analysis Static圖 23 選擇分析類型為暫態(tài) 求解控制設(shè)置 GUI: MainMenu Solution Analysis Type Sol Controls彈出下圖所示對(duì)話框，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。選擇對(duì)象為所有的面，從所有面中拾取刀具的后刀面，再拾取其上所有節(jié)點(diǎn)生成 組元 SNA1。圖 8 關(guān)鍵點(diǎn)拾取菜單圖 9 拾取關(guān)鍵點(diǎn)生成成的直線 由直線生成面通過(guò)連成的直線生成平面GUI: MainMenu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines圖 10 拾取直線生成的平面 由平面拉伸成體 GUI: MainMenu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas Along Normal 彈出沿法向拉伸的對(duì)話框，輸入拉伸距離為 8，選擇面生成立體模型.圖 11 法向拉伸對(duì)話框圖 12 拾取面生成的體 劃分網(wǎng)格 將定義的單元類型和材料模型賦予工件 GUI:MainMenu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Volumes在彈出的對(duì)話框中將 1 號(hào) solid185 單元賦予 1 號(hào)工件材料模型，將 2 號(hào)solid45 單元賦 予 2 號(hào)車(chē)刀模型。工件 選用 solid185 單元，刀具選用 solid45 單元。刀具選用 YT 類硬質(zhì) 合金, 查材料手冊(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù): 刀具的彈性模量為 600GPa, 泊松比為 。在熟 練掌握金屬切削原理，有限元法基本理 論， 彈塑性變性理論及所能熟練操作 ANSYS 軟件的前提下 應(yīng)用 ANSYS 的前處理建立金屬切削的有限元模型 對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行分析應(yīng)用 ANSYS 后處理提取計(jì)算結(jié) 果，對(duì)切削過(guò)程的應(yīng)力場(chǎng)變化進(jìn)行分析研究。 最后應(yīng)指出，由于有限元法解題的規(guī)模越來(lái)越大，為了縮短解題的周期，基于并行計(jì)算機(jī)和并行計(jì)算軟件系統(tǒng)的有限元并行算法，近年來(lái)得到很大發(fā)展。求解非線性有限元問(wèn)題的算法研究主要有以下幾種： （1）采用 NewtonRaphson 方法或修正 NewtonRaphson 方法等將非線性方程轉(zhuǎn)化為一系列線性方程進(jìn)行迭代求解，并結(jié)合加速方法提高迭代收斂的速度。ANSYS 的前處理模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲 場(chǎng)分析、 壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡 顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 ANSYS 有限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來(lái)求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、 電磁場(chǎng)及碰撞等問(wèn)題。各類牌號(hào)中，含鈷量越多，韌性越好，適用于粗加工；含碳化物量越多，熱硬性越高韌性越差，適用于精加工。2）鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（ WCTiCCo），代號(hào)YT。但硬質(zhì)合金抗彎剛度較低，脆性大，承受沖 擊能力較差，制造工藝性較差，刃口不如高速鋼鋒利。因此，金屬切削原理這門(mén)學(xué)科在生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，各國(guó)都通過(guò)切削試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)采集積累了大量的切削數(shù)據(jù)，并用數(shù)學(xué)模型來(lái)表述刀具壽命、切削力、功率和加工表面粗糙度等同切削條件之間的關(guān)系，然后存入計(jì)算機(jī),建立金屬切削數(shù)據(jù)庫(kù)或編制成切削數(shù)據(jù)手冊(cè),供用戶查用。在發(fā)展高切削性能的新材料 時(shí)，需掌握刀具磨損和破損的規(guī)律。通過(guò)控制切屑的卷曲半徑和排出方向，使切屑碰撞到工件或刀具上，而使切屑的卷曲半徑被迫加大，促使切屑中的應(yīng)力也逐漸增加,直至折斷切屑的卷曲半徑可以通過(guò)改變切屑的厚度、在刀具前面上磨制卷屑槽或斷屑臺(tái)來(lái)控制，其排出方向則主要靠選擇合理的主偏角和刃傾角來(lái)控制。自激振動(dòng)是由于刀具與工件之間受到突然干擾力（如切削中遇到硬點(diǎn)）而引起初始振動(dòng)，使刀具前角、后角和切削速度等發(fā)生 變化，以及 產(chǎn)生振型耦合等，并從穩(wěn)態(tài)作用的能源中獲得周期性作用的能源，促進(jìn)并維持振動(dòng)。因此，生產(chǎn) 中常通過(guò)改變刀具的幾何形狀和選擇合理的切削條件來(lái)提高加工表面質(zhì)量。生產(chǎn)中常根據(jù)加工條件按最低生產(chǎn)成本或最高生產(chǎn)率的原則，來(lái)確定刀具壽命和擬定工時(shí)定額。例如，在較低切削速度下，刀具一般都因磨料磨 損或粘著磨損而破損；在較高速度下，容易產(chǎn) 生擴(kuò)散磨損、氧化磨 損和塑性變形。刀具磨損表現(xiàn)為在刀具后面上出現(xiàn)的磨損帶、缺口和崩刃等，前面上常出現(xiàn)的月牙洼狀的磨損，副后面上有時(shí)出現(xiàn)的氧化坑和溝紋狀磨損等。一般 說(shuō)來(lái)，切削區(qū)的金屬經(jīng)過(guò)剪切變形以后成為切屑,隨之又進(jìn)一步與刀具前面發(fā)生劇烈摩擦,所以溫度場(chǎng)中溫度分布的最高點(diǎn)不是在正壓力最大的刃口處，而是在前面上距刃口一段距離的地方。測(cè)力儀經(jīng)過(guò)標(biāo)定以后就可測(cè)出切削過(guò)程中各個(gè)分力的大小。在一般情況下，當(dāng)切削速度很低或很高 時(shí)，因沒(méi)有 產(chǎn)生積屑瘤的必要條件（較大的切屑與刀具前面間的摩擦力和一定的溫度），不產(chǎn)生積屑瘤。 積屑瘤的硬度較基體材料高一倍以上，實(shí)際 上可代替刀刃切削。 4．崩碎狀切屑 切削脆性材料，如鑄鐵、黃銅等時(shí)，形成片狀或粒狀切屑。但從變形觀 點(diǎn)出發(fā)，可 歸納為四種基本形態(tài)。 產(chǎn)生切屑和形成已加王表面是金屬切削時(shí)密切相關(guān)的兩個(gè)方面。 這種方法比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法快捷、 有效, 為金屬切削過(guò)程的研究開(kāi)辟了一條新的道路。 、后角 8176。由于金屬切削本身具有非常復(fù)雜的機(jī)理, 對(duì)其研究一直是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。美國(guó)和日本每年花費(fèi)在切削加工方面的費(fèi)用分別高達(dá) 1000 億美元 和 10000 億日元。 中國(guó)目前擁有各類金屬切削機(jī)床超過(guò) 300 萬(wàn)臺(tái), 各類高速鋼 刀具年產(chǎn)量達(dá) 億件, 每年用于制造刀具的硬質(zhì)合金超過(guò) 5000 噸。過(guò)去通常采用實(shí)驗(yàn)法, 它具有跟蹤觀測(cè)困難、 觀測(cè)設(shè)備昂貴、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng) 、人力消耗大、綜合成本高等不利因素。的 YT 類硬質(zhì)合金刀具切削 45 號(hào) 鋼為實(shí) 例進(jìn)行計(jì)算。2 設(shè)計(jì)要求根據(jù)有限元分析理論 ，根據(jù) ANSYS 的求解步驟，建立切削加工的三維模型。 切削方式 切削時(shí)，當(dāng)工件材料一定，所產(chǎn)生切屑的形態(tài)和形成已加工表面的特性，在很大程度上決定于切削方式。1．帶狀切屑
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