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基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析,基于,ANSYS,切削,加工,过程,温度场,分析
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切削温度对切削的影响？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。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。Ansys的热分析包括那些?程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。通过做论文关于如何避免切削温度对切削的影响?1. 选择合理的刀具，新型刀具材料的开发2. 选择合理的冷却液3. 合理的选择加工工艺，选择恰当的外界条件，例如合理的切削速度，合理的背吃刀量。学生姓名吕涛班级机制054指导教师付素芳 王占奎论文（设计）题目 基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析目前已完成任务1. 开题报告及任务书2. 前期资料搜索3. 能使用ansys软件进行基本的建模处理是否符合任务书要求进度：符合尚需完成的任务1. 使用ansys软件进行实例建模2. 使用ansys软件对模型进行分析3. 论文的格式修改能否按期完成论文（设计）：能存在问题和解决办法存在问题1. 开题报告及任务书写的不够深入2. 论文的内容不够透彻拟采取的办法1. 查询资料补足内容2. 修改更正不足内容指导教师签 字日期 年 月 日教学院长（系主任）意 见 签字： 年 月 日河南科技学院本科毕业论文（设计）中期进展情况检查表河南科技学院本科生毕业论文（设计）任务书题目名称: 基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析学生姓名吕涛所学专业机械制造设计及其自动化班级054指导教师姓名付素芳 王占奎所学专业机械制造职称副教授助教完成期限 2008年1月20日至2009年5月20日一、论文（设计）主要内容及主要技术指标1主要内容：利用ANSYS软件在切削过程中对且学温度问题进行建模模拟和仿真研究是为切削温度问题的解决提供啦一个参考依据。本论文主要对车削过程中的刀具与工件的相对位移移动所产生的摩擦热度进行分析依据的实例是：工件材料45钢，刀片材料YT15，切削厚度1mm，切削速度1 研究和分析切削温度的基本机理；1.建立节点能量平衡方程式2.使用ANSYS进行建模处理依据实例进行计算从而显示切削加工时的温度梯度。根据分析结果，为切削加工时避免因温度而引起的不必要损失的研究提供理论依据。2主要技术指标：1）.切削温度对切削加工的影响2）.使用ANSYS进行建模处理依据实例进行计算从而显示切削加工时的温度梯度3）.对分析结果的分析二、毕业论文（设计）的基本要求1 毕业设计（论文）一份：有300字左右的中英文摘要，正文后有15篇左右的参考文献，正文中要引用5篇以上文献，并注明文献出处。论文总字数在6000字以上。2 有不少于3000汉字的与本课题有关的外文翻译资料。3 毕业设计总字数在10000字以上。4. 中期检查一份；5. 成绩表一份。三、毕业论文（设计）进度安排1.2008年12月12日-12月16日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成英文资料翻译和开题报告。2. 2009年2月15-2月27日（第1-2周），指导教师审核开题报告和设计方案。3. 2009年2月28日-4月24日（第3-10周），毕业设计单元部分设计。4. 2009年4月25-5月1日（第11周），毕业设计中期检查。5. 2009年5月2-5月22日（第12-14周），设计仿真、程序调试、线路板制作调试，整理、撰写毕业设计报告。6. 2009年5月23-6月5日（第15-16周）上交毕业设计报告，指导教师、评阅教师审查评阅设计报告，毕业设计答辩资格审查。毕业设计答辩，学生修改整理设计报告。河南科技学院毕业论文（设计）课题审核表院（系）名称机电学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师姓名及职称付素芳 王占奎副教授 助教课题名称基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析课题来源河南科技学院自然科学基础研究计划项目立题理由和所具备的条件在机械制造业中,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。目前，我校已经具备开展这方面研究的部分软件条件（中外文数据库、中外文期刊等）和硬件条件（机械工程实训中心的相关设备、计算机及有关软件等）。因此，建议立题研究。教研室审批意见教研室主任签字： 年 月 日毕业论文（设计）工作领导小组审批意见组长签字： 年 月 日注：本表经教务处复审后存院（系）备查毕业论文（设计）开题报告题目名称： 基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析学生姓名吕涛专业机械制造设计及其自动化班级机制054一、选题的目的意义切削加工时，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，切削温度直接影响生成积屑瘤的消长，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。高温切屑流摩擦刮刀尖时，会因工件材料硬度不均或存在硬质点所产生的冲击而造成颗粒脱落或产生微崩刃。本文就切削加工过程温度场的分析。二、国内外研究现状近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。我国此项研究工作开始干20世纪60年代。1966年哈尔滨工业大学应用国外先进的切削温度技术进行一系列的试验，取得了良好效果。1976年以后，陕西机械学院等院校和单位先后做了一些车削、钻孔、攻螺纹与磨削等试验研究并部分应用于生产。1983年10月在西安召开的全国第一次切削专题讨论会，促进了切削技术在全国的深入研究和推广位用。20世纪80年代中期以后，哈尔滨工业大学又对车削淬硬不透钢、钻孔、铝复合材料攻丝进行了试验研究，取得了满意的效果。吉林工业大学对车削，北京航空航天大学对五合金攻丝都相继进行了试验研究，取得了可喜的成果。此外，河北机电学院、大连理工大学也对攻丝进行了研究，也取得了一系列的成绩。三、主要研究内容利用ANSYS软件在切削过程中对切削温度问题进行建模模拟和仿真研究是为切削温度问题的解决提供拉一个参考依据。四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线研究方法是，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握这个研究问题，了解有关ANSYS软件使用方法，能够使用ANSYS软件进行一系列的建模分析。根据分析结果，为切削加工时避免因温度而引起的不必要损失的研究提供理论依据。五、主要参考文献与资料1 张朝晖 ANSYS8.0结构分析及实例解析J.机械工业出版社1997 62 邓凡平. ANSYS10.0有限元分析自学手册J.人民邮电出版社-1998 23 王松等. 有限元分析ANSYS理论与应用M.电子工业出版社-199154 正交金属切削温度场有限元分析_英文M.韩一昆，薛万夫，孙祥根等译，北京：机械工业出版社，1985：73885 李企芳. 难加工材料的加工技术M.北京科学技术出版社。19926 韩荣第,于启勋. 难加工材料切削加工M.机械工业出版社，19967 陈斌,徐可伟,朱训生. 超声振动切削薄壁镜筒零件的研究J.机械工程师-2001（1）：40428 韩荣第,王杨,张文生编著. 现代机械加工新技术M.电子上业出版社，2003.49 张伯荣，王奇浩. 过共晶铝硅活塞的超声振动切削J.新技术新工艺-1987（1）283010 孙俊兰,姜大志.切削温度与刀具磨损的关系J .机械工程师-1998（6）：192011 成刚虎,郑建名,肖继明,董卫明. 切削理论与实践J .组合机床与自动化加工技术-1995（11）：213512 王勇. 用有限差分法计算直角切削时刀具切削温度A.哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,1985,613 焦定江. 陶瓷刀具切削区温度场的计算机模拟.A.哈尔滨工业大学硕士学位论文,1988,414 付久炼. 金属短纤维的颤振切削制造工艺及非线形切削动力学模型的研究A.哈尔滨工业大学工学博士学位论文,1988,1115 邱晓林.李天柁.弟宇鸣.肖刚. 切削温度与刀具磨损的关系M.西安大学电子出版社，2003.1指导教师审批意见2009年 1 月 10日 TRANSFORMATION OF GEOMETRY INFORMATION BASED ON FACE HIERARCHY BETWEEN CAD SYSTEM AND VIRTUAL ASSEMBLY ENVIRONMENTAbstract :Traditional assembly depends on mock-ups, but creation of these mock-ups is time-consuming and labor-consuming. The development of VA based on virtual reality (VR) provides us a low-cost and rapid method for assembly. VR is of three characteristics: immersion, interaction and imagination. With VR technology, geometry models and tolerance (or errors) values are inputted into computer after parts are designed. Equipments, tools and human model are united in VE to analyze and evaluate assembly performance. Unqualified structure is then corrected, assembly scenario is optimized and best assembly plan is selected to assure the success of actual assembly. After all these steps, actual assembly is implemented. Therefore product development cycle is shortened and product development cost is decreased. Key words: virtual assembly, virtual environment, data transformation, geometry Although CAD model can be transferred into VE, these models are of only the concept of body and not of that of face. The whole assembly or single part can be selected, but faces of parts can not be selected. However face is an important concept in assembly, and its functions are as follows: (1) orientation of pails or assembly bodies; (2)constraint definition; (3)joint definition; (4)definition of shape tolerance and position tolerance; (5)definition of precision and roughness; (6)physical information definition(e.g. color and material etc.) etc. Without the concept of face, the concept of assembly becomes vague and VA system is also reduced to a simple simulation system. So it is far from requirement when VA is of only the concept of bodies. So concept of face is needed to be created while creating VR document. The surfaces of CAD model can be discretized to aggregate of polygon tessellations or triangle tessellations through date transformation interface of CAD system. Then these tessellations information is written into VR document. Using tessellations information provided by VR document, VR system will draw all the tessellations to create VR object. A part can be regarded as aggregate of faces, and a face can be regarded as that of tessellations in CAD system. There exists a corresponding relationship between bodies and tessellations in VE, and all tessellations can form the whole VR object, and in this way the information of bodies are constructed in VE. But there doesnt exist corresponding relationship between faces and tessellations in VE, which consequently results in lose of faces information. In order to create the information of faces, corresponding relationship between faces and tessellations is needed to be created in VE. The technology of forward development of CAD system and Color Recognition and Transformation Method (CRTM) are used to create corresponding relationship among faces, colors and tessellations by means of creating linked list of faces and linked list of tessellations. In CAD system, each face of CAD modeling is painted with different color in virtue of forward development of CAD system. Accordingly, tessellations of the same color belong to the same face, and then corresponding relationship between faces and tessellations is created by constructing linked list of faces and linked list of tessellations. In this way, faces information is created. In VE operations on faces will be transformed to operations on tessellations, thus the concept of face is built and geometry information is reconstructed on the basis of it.In order to realize CRTM, Pro/Engineer(Pro/E) is selected as platform of assembly modeling, WorldToolKit (WTK) is selected as platform of VA development, and visual C+ is selected as platform of application development. VR document interfaces (e.g. NFP, 3DS, WRL, DXF and SLP etc.) are used to transfer geometry information from any other kind of modeling software to WTK. Although WTK supports many VR document format, only WRL format and SLP format can be used to transfer geometry information from Pro/E to VE. In actual application, WRL format has the following limitations in WTK environment:1）Geometry information cant be picked up, so WTK can not modify colors and textures etc. of virtual objects. 2) WTK can not carry out zoom operation on virtual objects. 3) Precision of collision detection for virtual object is low for the information of polygons of virtual objects can t be picked up in VE. Consequently, SLP format written in text format, another format of VR document is used. Fig. 1 shows the creation process of VR document.Partscolors are modified by means of Pro/Develop module of Pro/E. Mixing color is made of three colors:red(r), green(g) and blue(b). Setting different value of r, g and b to each face, faces of different colors are created. In order to distinguish two faces, one-increasing-another-decreasing-painting method is used. If the value of r and g increase, then the value of b should decrease accordingly, and the extent of increase and decrease should be different. Thus faces are easy to distinguish because of big difference of each faces color. After painting color, VR document of SLP is created through Pro/Interface module of Pro/E. With operations on all parts of assembly body, corresponding VR documents will be created.VR document provides us tessellations information, normalsinformation and colors information etc. In order to create the corresponding relationship between faces and tessellations, two structures of linked list are needed, i.e., linked list of faces and linked list of tessellations. Linked lists of faces include the following information: number of faces, name of faces, color of faces and linked list of tessellations. A faces color corresponds to the linked list of tessellations of this face. The function of linked list of tessellations is to store tessellations of the same color. By reading SLP document in turn, information of faces and tessellations is picked up and stored to linked list of faces and linked list of tessellations respectively. Corresponding relationship between faces and tessellations is built through the media-colors of faces and tessellations. In VE, a face is selected by highlighting all the tessellations corresponding to the face. Firstly, current active triangle tessellation is picked up through WTscreen_pickpoly function, and number of current active triangle tessellation is picked up by means of WTpoly_getid function. Then the face including the number of the tessellation can be obtained by means of searching linked list of faces and linked list of tessellations. When all the tessellations of a face take the same operations, the face will take the same operation. For example, when all the tessellations of a face are highlighted, all the parts of the faces are highlighted, and then the face is selected in visual effect In this way, geometry information is reconstructed based on face hierarchy. At last, VA experimental system is created to verify the effect of transformation effect Operation interface shows in Fig.2. Some researches are carried out to transform geometry information from CAD system to VE, and the concept of face is reconstructed in VE. Experimental VA system is created to verify transformation effect Geometry information after transformation is reconstructed on the basis of face hierarchy in VE. The display effect is excellent, and information transformation is exact, so transformation of geometry information between CAD system and VE is well resolved.CAD系统和虚拟装配面层次上几何信息的转换摘要：传统的产品装配，一般借助于实物模型来完成，而实物模型的建立是一个费时费力的过程。基于虚拟现实技术的虚拟装配技术的发展，为我们解决装配问题提供了新的低成本的快速手段。虚拟现实技术具有沉浸性（Immersion ）、交互性（Interaction ）和构想性（Imagination )1。采用虚拟现实技术，在完成产品的零部件设计后，将零部件的几何模型、公差（或误差）特征输入计算机，在虚拟环境中结合工装工具模型、人体空间运动模型进行虚拟装配和装配性能分析和评价，对不合理的结构进行改进设计，完成装配方案和装配计划的优选，最后进行实际装配，从而确保实际装配的一次成功，缩短了产品开发周期，降低了产品开发成本2。关键词：虚拟装配、虚拟环境、数据转换、几何信息CAD 系统中的模型可以导入到虚拟环境，但是导入的模型仅仅具有体的概念，不具备面的概念。我们可以选中整个装配体或单个零部件，却不能选中零部件的某一个面。面在装配中是一个非常重要的概念，在装配操作中具有如下的功能：(l）零部件或装配体的定位；(2）定义约束；(3）定义联接；(4）定义形状公差和位置公差；(5）定义精度和粗糙度；(6)定义物理信息（颜色、材质等）等。离开了面的概念，装配的概念也就变得模糊，虚拟装配也就蜕变为一个单纯的仿真系统。因此，在虚拟装配仅仅具有体的概念是远远不够的，我们需要在生成虚拟现实文档的过程中，建立起面的概念。CAD 系统通过数据转换接口将CAD 造型的表面进行离散，离散成多边形面片或三角形面片的集合，然后将这些面片信息写入虚拟现实文档。虚拟环境提取虚拟现实文档提供的面片信息，将所有的面片绘制出来，从而生成虚拟实体。在CAD 系统中，零件可以看作是面的集合体，面看作是面片的集合体。而在虚拟装配环境中，体和面片之间存在对应关系，所有的面片构成了整个虚拟实体，通过这种对应关系就构造出了体的信息。而面与面片不存在对应关系，从而导致了面的信息的丢失。为了建立起面的信息，就需要重新构建面与面片之间的对应关系。为此，本文通过不同颜色标识不同的面。在CAD 系统中，利用CAD 系统的二次开发功能将CAD 造型的每一个面涂上不同的颜色，这样，在虚拟环境中，具有同一种颜色的面片也就属于同一个面。然后通过构造面链表和面片链表，建立面与面片之间的对应关系，从而在虚拟环境中建立起面的信息。本文选用Pro/Engineer（简称Pro/E）作为装配建模软件4；选用WorldToolKit（简称WTK）作为虚拟装配的开发平台5；选用VisualC+作为应用程序的开发平台。WTK 通过虚拟现实文档接口（如：NFF 、3DS 、WRL 、DXF 、SLP 等）和多种建模软件进行几何信息的传递。WTK 虽然支持多种文件格式的输入，但是Pro/E只能通过WRL 格式和SLP 格式与WTK 进行几何信息的传递。但在实际应用中，WRL 文档在WTK 所构建的虚拟环境中存在如下的限制：不能提取几何信息，不能进行修改颜色、改变纹理等操作；不能对虚拟实体进行缩放操作；对虚拟实体的碰撞检测不能精确到多边形，检测精度低。为此，本文采取了另外一种虚拟文档格式：SLP 文档。SLP 文档是Pro/E的渲染格式，包含如下信息：三角面片的坐标信息；三角面片的每个顶点的法线信息；三角面片的颜色信息。同一个面的所有面片具有相同的颜色。SLP 文档与WRL 文档相比较具有如下优点：(l）包含颜色信息，为使用颜色标识转换法奠定基础。(2）每个三角面片具有三个顶点法线信息，三角面片之间的连接过渡较圆滑，显示效果要优于WRL 文档。 首先在Pro/E环境中完成装配建模，然后顺次取出装配体的每个零件生成相应的虚拟现实文档，图1给出了虚拟现实文档的生成过程。使用Pro/E的Pro/Toolkit模块完成对零件的颜色修改操作。颜色由r、g、b三种色彩混合产生，给定每个面不同的r、g、b值，也就产生了不同颜色的面。为了充分区别两个面，本文采用增减涂色法，如果r、g的值增加，b的值就应当相应减少，增加和减少的幅度不同，这样产生的每个面颜色相差较大，便于区别。涂色之后利用Pro/E的Pro/Interface类型转换模块，即可生成SLP 虚拟现实文档。对所有的零件进行上述操作，即产生相应的虚拟现实文档。虚拟现实文档提供了面片信息、法线信息、颜色信息等。为了建立起面与面片之间的对应关系，我们需要建立2个链表结构：面链表和面片链表。面链表和面片链表的结构如图2所示。面链表包含了每个面的信息，包括面的名称、编号、颜色以及面片链表等，面的颜色和面片链表之间存在一一对应关系，面片链表用来存储具有相同颜色的面片。顺序读取SLP 文档，取出面与面片的信息分别存入面链表和面片链表。这样，面、颜色、面片三者之间就产生了关联，以颜色为载体，面与面片之间就建立起了对应关系。在虚拟环境中，面的选取通过选取与面相对应的所有面片来实现的。首先利用WTscreen_pickpoly 函数获得当前活动的三角形面片，利用WTpoly_getid 函数获得当前活动三角形面片的编号。然后在面片链表和面链表进行搜索，获得包含此面片编号的面。对此面中包含的所有面片进行相同的操作，也就相当于对面进行了相应的操作。比如将所有的面片高亮度显示，在视觉效果上，整个面就会高亮度显示，从而感觉面被选中了。通过这种方式，我们就实现了在面层次上几何信息的重建。从CAD 系统转换到虚拟环境的几何信息仅仅具有体的信息，面的信息在转换过程中已经丢失。本文在CAD 系统和虚拟装配环境之间的几何信息转换方面作了一些探索，在虚拟环境中重新建立起了面的概念。虚拟环境中的物体造型采用多面体造型。本文利用颜色标识转换法和CAD 的二次开发功能，使用颜色对面进行标识，将面的信息和面片信息存入面的链表和面片链表。通过颜色作为中介，建立了面与面片之间的对应关系。在虚拟环境中，利用这种对应关系，建立起面的概念，在面的层次上实现了几何信息的重建。同时开发了虚拟装配试验系统，对转换效果进行了验证，经过转换之后的几何信息在虚拟装配环境中在面的层次得到重构，显示效果良好，信息转换准确，较好地解决了CAD 系统和虚拟环境之间的几何信息转换问题。参考文献l张茂军主编虚拟现实系统北京科学出版社2001 。2Sankar Jayaram, et al. Virtual assembly using virtual reality techaiques. Colllputer Aided Design,29(8),1997:575 一584.3万华根基于虚拟现实的CAD 方法研究浙江大学博士论文1999。4Senses Corporation. W6rldToo1Kit reference manual.1999.5 Parametric Technofogy Corporation. Pro/Toolkit users guide.2001.论文题目:基于ANSYS的切削加工过程温度场的分析 学生姓名： 吕涛所在院系： 机电学院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 付素芳 王占奎完成时间： 2009年 5 月 26 日 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AbstractBased 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 difference1目 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201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300时，积屑瘤前角随着温度的提高而增大；当300600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600时，刀屑摩擦系数的下降主要就是由于这个原因。当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：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10001200，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。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。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现状近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。 我国此项研究工作开始干20世纪60年代。1966年哈尔滨工业大学应用国外先进的切削温度技术进行一系列的试验，取得了良好效果。1976年以后，陕西机械学院等院校和单位先后做了一些车削、钻孔、攻螺纹与磨削等试验研究并部分应用于生产。1983年10月在西安召开的全国第一次切削专题讨论会”，促进了切削技术在全国的深入研究和推广位用。20世纪80年代中期以后，哈尔滨工业大学又对车削淬硬不透钢、钻孔、铝复合材料攻丝进行了试验研究，取得了满意的效果。吉林工业大学对车削，北京航空航天大学对五合金攻丝都相继进行了试验研究，取得了可喜的成果。此外，河北机电学院、大连理工大学也对攻丝进行了研究，也取得了一系列的成绩。1.4 研究目的、意义和内容 自切削技术的应用以来，以其独特的工艺效果，极大的提高啦工厂生产的效率，减少啦生产成本，为企业和工厂带来啦不少生产效益，从而受到国内外机械工程专家和企业的 广泛关注。但是，与传统的加工理论与方法相比，切削技术仍是一种“年轻”的工艺方法，其理论体系尚不完善，还有许多问题有待于深入研究。其中温度就是困扰大家的一个难题，没有太好的方法来解决。随着ANSYS软件的开发，已经逐渐成为一种必要的、且必不可少的研究手段。同时，受实验设备等客观条件的限制，不可能在试验中大幅度地随意改变工艺参数，因此，利用ANSYS软件在切削过程中对且学温度问题进行建模模拟和仿真研究是为切削温度问题的解决提供啦一个参考依据。本论文主要对车削过程中的刀具与工件的相对位移移动所产生的摩擦热度进行分析依据的实例是：工件材料45钢，刀片材料YT15，切削厚度1mm，切削速度1 研究和分析切削温度的基本机理；1. 建立节点能量平衡方程式2.使用ANSYS进行建模处理依据实例进行计算从而显示切削加工时的温度梯度。根据分析结果，为切削加工时避免因温度而引起的不必要损失的研究提供理论依据。2.ANSYS软件简介2.1 ANSYS 的定义 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Allegro, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。 ANSYS有限元、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械，微机电气系统、运动器械等。2.2 ANSYS软件的内容软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。2.3 ANSYS软件提供的分析类型ANSYS软件提供的分析类型如下：1)结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。2)结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。3)结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。4)动力学分析ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。5)热分析程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。6)电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。7)流体动力学分析ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。8)声场分析程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。9)压电分析用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析。3 ANSYS 对物体的热分析3.1热分析简介热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量）等。热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。3.2 ANSYS热分析特点 ANSYS 热分析有以下几个特点： ANSYS 功能组件热分析能力ANSYS/Multiphases、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED 五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN 不含相变热分析。ANSYS 热分析原则:ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。ANSYS 热分析类型:ANSYS 热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 4 ANSYS在实例中的应用工件材料45钢，刀片材料YT15，切削宽度10mm，切削厚度1mm，刀片尺长18mm*16mm*10mm，导热系数67 W/m- ,对流传热系数600 W/m2-，切削速度1 主切削力大小是9600N，试确定其温度分布。下面的步骤说明料ANSYS如何选择本问题的单元类型，如何创造本问题的几何模型，如何应用边界条件等。4.1 定义工作文件名和工作标题 1）打开ANSYS软件其工作界面为图1 ANSYS软件工作界面2）选择Utility menuFileChange Job name命令 ，出现对话框，在输入栏中输入exercise5 ,并将New log and error file 设置为yes,单击【ok】关闭该对话框。如图：图2 建立工作主题3）选择Utility File Change title命令，出现下面的对话框，再输入栏中输入FRICTION HEATING OF A SLDING BLOCK 单击【ok】关闭该对话框。如图：图3 建立文件名4.2 定义单元类型1）选择Main Menu processor Element type add/edit/delete的命令，出现 Element type对话框单击【add】，出现Library of Element type对话框。如图：图4 定义单元类型2）在Library of Element type对话框中选择一个单元类型，在单击【apply】按钮在Library of Element type对话框中选择另一个单元类型。最后单击【ok】关闭该对话框。4.3 定义材料性能参数1）选择Main Menu processor material models 命令，出现define material models behavior对话框。如图：图5 定义材料参数菜单 2）输入材料泊松比 选着Main Menu processormaterial models 在material models behavior一栏中选择双击 Structural 、linear、Elastic、Isotropic选项出现Linear Isotropic 对话框，在EX对话框输入压力值，在PRXY对话框中输入材料泊松比，如图所示，最后单击【OK】关闭该对话框。图6 输入材料泊松比3）输入摩擦系数选着Main Menu processormaterial models 在material models behavior一栏中选择双击structural、 friction 、coefficient选项出现friction coefficient for material number1 对话框，在MU输入0.2 如图所示，后单击【ok】关闭该对话框。 图7 输入摩擦系数4）输入材料导热系数选着Main Menu processor material models 在material models behavior一栏中选择双击thermal 、conductivity、 isotropic 选项出现conductivity for material number1 对话框，在KXX输入150 ，如图所示，后单击【ok】关闭该对话框。图8 输入材料导热系数5）输入热膨胀系数选着Main Menu Processor Material models 在Material models behavior一栏中选择双击structural、 thermal 、expansion secant、 coefficient 、 isotropic出现thermal expansion secant coefficient for material number1 对话框,在ALPX输入栏中输入2.39e-5，如图中 所示，后单击【ok】关闭该对话框。图9 输入热膨胀系数6）输入材料密度选着Main Menu ProcessorMaterial models 在Material models behavior一栏中选择双击Structural、Density选项出现Density for material number1 对话框,在DENS对话框中输入材料的密度，如图中所示，后单击【OK】关闭该对话框。图10 输入材料密度4.4建模1)选择关键点选择Main Menu Processor ModelingCreateKey points In Active 命令。CS选出关键点1（0，0，0），单击【Apply】选出关键点2（15，0，0），单击【Apply】选出关键点3（15，6，0），单击【Apply】选出关键点4(0,6,0)，单击【Apply】选出关键点5(0,5,0)，单击【Apply】选出关键点6(0,10，0)，单击【Apply】选出关键点7（-6，10，0）,单击【Apply】选出关键点8（-6，5，0），如图中所示，后单击【OK】关闭该对话框。 图11 建立模型关键点2)点划线选择Main Menu Processor Modeling CreateLines Straight Line命令。依次连接关键点1，关键点2，关键点3，关键点4，关键点5，关键点6，关键点7，关键点8。如图所示，后单击【OK】关闭该对话框。 图12由关键点连成线3）由线画面选择Main Menu Processor Modeling CreateArea
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