基于ansys的切削加工的受力分析毕业论文.doc

1 1 绪论绪论 金属切削是机械制造行业中的一类重要的加工手段 美国和日本每年花费 在切削加工方面的费用分别高达 1000 亿美元 和 10000 亿日元 中国目前拥 有各类金属切削机床超过 300 万台 各类高速钢刀具年产量达 3 9 亿件 每 年用于制造刀具的硬质合金超过 5000 吨 可见切削加工仍然是目前国际上加 工制造精密金属零件的主要办法 19 世纪中期 人们开始对金属切削过程的研 究 到现在已经有一百多年历史 由于金属切削本身具有非常复杂的机理 对 其研究一直是国内外研究的重点和难点 过去通常采用实验法 它具有跟踪观 测困难 观测设备昂贵 实验周期长 人力消耗大 综合成本高等不利因素 本文利用材料变形的弹塑性理论 建立工件材料的模型 借助大型商业有限元软 件 ANSYS 通过输入材料性能参数 建立有限元模型 施加约束及载荷 计 算 对正交金属切削的受力情况进行了分析 以前角 10 后角 8 的 YT 类 硬质合金刀具切削 45 号钢为实例进行计算 切削厚度为 2 mm 时形成带状切 屑 提取不同阶段应力场分布云图 分析了切削区应力的变化过程 这种方法 比传统实验法快捷 有效 为金属切削过程的研究开辟了一条新的道路 2 设计要求设计要求 根据有限元分析理论 根据 ANSYS 的求解步骤 建立切削加工的三维模 型 对该模型进行网格划分并施加约束边界条件 最后进行求解得出应力分布 云图 并以此云图分析得出结论 3 金属切削简介金属切削简介 3 金属切削过程 从实质讲 就是产生切屑和形成已加工表面的过程 产 生切屑和形成已加王表面是金属切削时密切相关的两个方面 3 1 切削方式切削方式 切削时 当工件材料一定 所产生切屑的形态和形成已加工表面的特性 在很大程度上决定于切削方式 切削方式是由刀具切削刃和工件间的运动所决 定 可分为 直角切削 斜角切削和普通切削三种方式 3 2 切屑的基本形态切屑的基本形态 金属切削时 由于工件材料 刀具几何形状和切削用量不同 会出现各种 不同形态的切屑 但从变形观点出发 可归纳为四种基本形态 1 带状切屑 切屑呈连续状 与前刀面接触的底层光滑 背面呈毛葺状 2 挤裂状切屑 切屑背面呈锯齿形 内表面有时有裂纹 3 单元状切屑 切削塑性很大的材料 如铅 退火铝 纯铜时 切屑容易 在前刀面上形成粘结不易流出 产生很大变形 使材料达到断裂极限 形成很大的变形单元 而成为此类切屑 4 崩碎状切屑 切削脆性材料 如铸铁 黄铜等时 形成片状或粒状切屑 切削时 在产生带状切屑的过程中 切削力变化较小 切削过程稳定 已 加工表面质量好 但切屑成为很长的带状 影响机床正常工作和工人安全 因 而要采取断屑措施 在产生挤裂状和单元状切屑的过程中 切削力有较大的波 动 尤其是单元状切屑 在其形成过程中可能产生振动影响加工质量 在切削 铸铁时 由于所形成的崩碎状切屑是经石墨边界处崩裂的 因而已加工表面的 粗糙度值变大 3 3 积屑瘤积屑瘤 在用低 中速连续切削一般钢材或其他塑性材料时 切屑同刀具前面之间存 在着摩擦 如果切屑上紧靠刀具前面的薄层在较高压强和温度的作用下 同切屑 基体分离而粘结在刀具前面上 再经层层重叠粘结 在刀尖附近往往会堆积成一 块经过剧烈变形的楔状切屑材料 叫做积屑瘤 积屑瘤的硬度较基体材料高一 倍以上 实际上可代替刀刃切削 积屑瘤的底部较稳定 顶部同工件和切屑没 有明显的分界线 容易破碎和脱落 一部分随切屑带走 一部分残留在加工表面 上 从而使工件变得粗糙 所以在精加工时一定要设法避免或抑制积屑瘤的形 成 积屑瘤的产生 成长和脱落是一个周期性的动态过程 据测定 它的脱落频 率为 30 170 次 秒 它使刀具的实际前角和切削深度也随之发生变化 引 起切削力波动 影响加工稳定性 在一般情况下 当切削速度很低或很高时 因没有产生积屑瘤的必要条件 较大的切屑与刀具前面间的摩擦力和一定的温 度 不产生积屑瘤 3 4 切削力切削力 切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力 这些力组成合力 F 在外圆车削时 一般将这个切削合力 F 分解成三个互相垂直的分力 切向力 Ft 它在切削速度方向上垂直于刀具基面 常称主切削力 径向力 Fr 在平行 于基面的平面内 与进给方向垂直 又称推力 轴向力 Fa 在平行于基面的平 面内 与进给方向平行 又称进给力 切削过程中实际切削力的大小 可以利用 测力仪测出 测力仪的种类很多 较常用的是电阻丝式和压电晶体式测力仪 测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小 3 5 切削热切削热 切削金属时 由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面 后面摩擦所作的功 都转变为热 这种热叫切削热 使用切削液时 刀具 工件和切屑上的切削热 主要由切削液带走 不用切削液时 切削热主要由切屑 工件和刀具带走或传 出 其中切屑带走的热量最大 传向刀具的热量虽小 但前面和后面上的温度 却影响着切削过程和刀具的磨损情况 所以了解切削温度的变化规律是十分必 要的 3 6 切削温度切削温度 切削过程中切削区各处的温度是不同的 形成一个温度场切屑和工件的温 度分布 这个温度场影响切屑变形 积屑瘤的大小 加工表面质量 加工精度 和刀具的磨损等 还影响切削速度的提高 一般说来 切削区的金属经过剪切 变形以后成为切屑 随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦 所以温度场中温度 分布的最高点不是在正压力最大的刃口处 而是在前面上距刃口一段距离的地 方 切削区的温度分布情况 须用人工热电偶法或红外测温法等测出 用自然 热电偶法测出的温度仅是切削区的平均温度 3 7 刀具磨损刀具磨损 具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的综 合结果 刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带 缺口和崩刃等 前面上 常出现的月牙洼状的磨损 副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等 当这 些磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效 不能继续使用 刀具逐渐磨损的 因素 通常有磨料磨损 粘着磨损 扩散磨损 氧化磨损 热裂磨损和塑性变 形等 在不同的切削条件下 尤其是在不同切削速度的条件下 刀具受上述一 种或几种磨损机理的作用 例如 在较低切削速度下 刀具一般都因磨料磨损 或粘着磨损而破损 在较高速度下 容易产生扩散磨损 氧化磨损和塑性变形 3 8 刀具寿命刀具寿命 刀具由开始切削达到刀具寿命判据以前所经过的切削时间叫做刀具寿命 曾 称刀具耐用度 刀具寿命判据一般采用刀具磨损量的某个预定值 也可以把某 一现象的出现作为判据 如振动激化 加工表面粗糙度恶化 断屑不良和崩刃 等 达到刀具寿命后 应将刀具重磨 转位或废弃 刀具在废弃前的各次刀具 寿命之和称为刀具总寿命 生产中常根据加工条件按最低生产成本或最高生产率的原则 来确定刀具 寿命和拟定工时定额 3 93 9 加工表面质量加工表面质量 通常包括表面粗糙度加工硬化残余应力 表面裂纹和金相显微组织变化等 切削加工中影响加工表面质量的因素很多 例如刀具的刀尖圆弧半径进给量和 积屑瘤等是影响表面粗糙度的主要因素 刀具的刃口钝圆半径和磨损及切削条件 是影响加工硬化和残余应力的主要因素 因此 生产中常通过改变刀具的几何 形状和选择合理的切削条件来提高加工表面质量 3 10 切削振动切削振动 切削过程中 刀具与工件之间经常会产生自由振动 强迫振动或自激振动 颤振 等类型的机械振动 自由振动是由机床零部件受到某些突然冲击所引起 它会逐渐衰减 强迫振动是由机床内部或外部持续的交变干扰力 如不平衡的 机床运动件 断续切削等 所引起 它对切削产生的影响取决于干扰力的大小 及其频率 自激振动是由于刀具与工件之间受到突然干扰力 如切削中遇到硬 点 而引起初始振动 使刀具前角 后角和切削速度等发生变化 以及产生振 型耦合等 并从稳态作用的能源中获得周期性作用的能源 促进并维持振动 通常 根据切削条件可能产生各种原生型自激振动 从而在加工表面上留下的 振纹 又会产生更为常见的再生型自激振动 上述各种振动通常都会影响加刀 表面质量 降低机床和刀具的寿命 降低生产率 并引起噪声 极为有害 必 须设法消除或减轻 3 11 切屑控制切屑控制 指控制切屑的形状和长短 通过控制切屑的卷曲半径和排出方向 使切屑 碰撞到工件或刀具上 而使切屑的卷曲半径被迫加大 促使切屑中的应力也逐 渐增加 直至折断切屑的卷曲半径可以通过改变切屑的厚度 在刀具前面上磨制 卷屑槽或断屑台来控制 其排出方向则主要靠选择合理的主偏角和刃倾角来控 制 现代人们已能用两位或三位数字编码的方式来表示各种切屑的形状 通常 认为短弧形切屑是合理的断屑形状 3 12 生产应用生产应用 在设计和使用机床和刀具时 需要应用切削原理中有关切削力 切削温度 和刀具切削性能方面的数据 例如 在确定机床主轴的最大扭矩和刚性等基本 参数时 要应用切削力的数据 在发展高切削性能的新材料时 需掌握刀具磨损 和破损的规律 在切削加工中分析热变形对加工精度的影响时 要研究切削温度 及其分布 在自动生产线和数字控制机床上 为了使机床能正常地稳定工作 甚至实现无人化操作 更要应用有关切屑形成及其控制方面的研究成果 并在加 工中实现刀具磨损的自动补偿和刀具破损的自动报警 为此 各国研制了品种 繁多的在线检测刀具磨损和破损的传感器 其中大多数是利用切削力或扭矩 切削温度 刀具磨损作为传感信号 此外 为了充分利用机床 提高加工经济 性和发展计算机辅助制造 CAM 常需要应用切削条件 刀具几何形状和刀具 寿命等的优化数据 因此 金属切削原理这门学科在生产中的应用日益广泛 各国都通过切削试验或现场采集积累了大量的切削数据 并用数学模型来表述 刀具寿命 切削力 功率和加工表面粗糙度等同切削条件之间的关系 然后存 入计算机 建立金属切削数据库或编制成切削数据手册 供用户查用 4 4 硬质合金介绍硬质合金介绍 5 硬质合金是粉末冶金制品 是将高硬度 高熔点的难融金属碳化物粉末硬 质合金的组成与特点如下 硬质合金中的碳化物 WC TiC TaC 等 的硬度高 熔点高 碳化物所占的比例越大 硬度越高 碳化物的粒度越小 则碳化物颗 粒总体积越大 而沾结层的厚度减小 即相当于粘结层金属相对减少 是其硬 度提高 抗弯刚度降低 因此 硬质合金的硬度 耐磨性和耐热性都高于高速 钢 由于硬质合金具有高的热硬性 可达 1000 左右 允许的切削速度为高速钢 的数倍 故目前已成为主要的刀具材料之一 但硬质合金抗弯刚度较低 脆性 大 承受冲击能力较差 制造工艺性较差 刃口不如高速钢锋利 目前国内外 已研制出许多新型硬质合金 提高了综合性能 目前常用于切削加工的硬质合 金都是以 WC 碳化钨 为基础 主要有三类 1 钨钴类硬质合金 WC Co 代号为 YG YG 类硬质合金的硬质相材料是 WC 粘接剂为 Co 2 钨钛钴类硬 质合金 WC TiC Co 代号 YT YT 类硬质合金的硬质相材料是 WC 和 TiC 粘结剂为 Co 3 钨钛钽钴类硬质合金 WC TiC TaC Co 代号为 YW YW 类硬质合金也叫通用硬质合金 是一种用途广泛的硬质合金 已部分 代替 YT 和 YG 类硬质合金 各类牌号中 含钴量越多 韧性越好 适用于粗 加工 含碳化物量越多 热硬性越高韧性越差 适用于精加工 5 5 有限元分析软件有限元分析软件 ANSYS 简介及本课题研究的内容和意义简介及本课题研究的内容和意义 5 1 ANSYS 简介简介 10 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 Alogor I DEAS AutoCAD 等 是现代产品设计中的高级 CAE 工具之一 ANSYS 有限元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 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 汽车工业 生物医学 桥梁 建筑 电子产品 重型机械 微 机电系统 运动器械等 ANSYS 软件提供的分析类型有结构静力分析 结构动 力学分析 结构非线性分析 动力学分析 热分析 电磁场分析 流体动力学 分析 声场分析 压电分析等 9 类 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 ANSYS 的前处理模块主要有两部分内 容 实体建模和网格划分 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 应用 ANSYS 提供的立体问题单元对力学问题进行模拟分析是我们的课题 中将采用的主要方法 对于有限单元法的解法而言 从求解问题的性质上可以归结为三类 即独 立于时间的平衡问题 或稳态问题 特征值问题 依赖于时间的瞬态问题 这三类问题 从方程自身性质考虑 还存在对应的非线性情形 非线性可以是 由材料性质 变形状态和边界接触条件引起的 分别成为材料 几何 边界非 线性 求解非线性有限元问题的算法研究主要有以下几种 1 采用 Newton Raphson 方法或修正 Newton Raphson 方法等将非线性方 程转化为一系列线性方程进行迭代求解 并结合加速方法提高迭代收敛的速度 2 采用预测 校正法或广义中心法等对材料非线性本构方程进行积分 决 定加载过程中材料的应力应变的演化过程 3 采用广义弧长法等时间步长控制方法和临界点搜索 识别方法 对非 线性载荷 位移的全路径进行追踪 4 采用拉格朗日 Lagrange 乘子法 罚函数法或直接引入法 将接触 面条件引入泛函 求解接触和碰撞问题 最后应指出 由于有限元法解题的规模越来越大 为了缩短解题的周期 基于并行计算机和并行计算软件系统的有限元并行算法 近年来得到很大发展 作为优化产品研发流程的仿真技术及软件的开发者和革新者 ANSYS 公司 2005 年 6 月 2 日发布 ANSYS 10 0 新版本 我们的对切削加工的受力问题的研 究将在 ANSYS 10 0 平台下开展 5 2 本课题研究的内容和意义本课题研究的内容和意义 本课题的总体思路是通过大型有限元分析软件 ANSYS 来模拟金属切削过 程并分析该过程中刀具的应力 应变场变化 进而得出刀具受力的边界条件 以此为基础对刀具的应力场进行有限元分析 并对刀具的几何参数进行虚拟化 设计 在熟练掌握金属切削原理 有限元法基本理论 弹塑性变性理论及所能 熟练操作 ANSYS 软件的前提下应用 ANSYS 的前处理建立金属切削的有限元模 型对切削过程进行分析应用 ANSYS 后处理提取计算结果 对切削过程的应力 场变化进行分析研究 在有限元分析技术日趋成熟的今天 本课题研究的意义 在于将这项较为成熟的技术引入到切削加工的研究与开发上来 为切削加工研 究提供一种更为简洁有效且可靠精确的方法 与传统研究相比较有限元分析技 术更为经济 高效 完善 精确 而且研究的广度和深度都有所发展 6 6 切削加工受力分析的切削加工受力分析的 ANSYSANSYS 求解过程求解过程 6 1 定义单元类型定义单元类型 1 本文在 ANSYS 中工件选择 45 号钢 查材料手册得相关数据 弹性模量 E 200GPa 泊松比 0 28 刀具选用 YT 类硬质合金 查材料手册得相关数 据 刀具的弹性模量为 600GPa 泊松比为 0 3 刀具采用前角 10 后角 8 切削厚度为 2mm 进行切削 工件选用 solid185 单元 刀具选用 solid45 单元 GUI MainMenu Preprocessor Element Type Add Edit Delete 弹出定义单元对话框选择 solid185 单元 然后单击 Add 选择 solid45 图图 1 定义工件模型为定义工件模型为 1 号号 solid185 图图 2 定义刀具模型为定义刀具模型为 2 号号 solid45 6 2 定义材料属性数据定义材料属性数据 11 根据查表所得的工件和刀具的材料属性数据来定义 对一号材料模型输入 弹性模量 泊松比分别为 2 06e11 和 0 28 对二号材料模型分别输入弹性模量 和泊松比为 6e11 和 0 3 再对二号模型输入摩擦系数 0 2 GUI MainMenu Preprocessor Material Models 弹出定义材料属性对话框 图图 3 定义工件的弹性模量和泊松比定义工件的弹性模量和泊松比 图图 4 定义刀具的弹性模量和泊松比定义刀具的弹性模量和泊松比 图图 5 定义摩擦系数定义摩擦系数 6 3 创建模型创建模型 6 3 1 创建关键点 将所要画的切削模型的平面图关键点的坐标求出 然后逐个输入到 ANSYS 中 GUI MainMenu Preprocessor Modeling CreateKeypoints In Active cs 图图 6 定义第一个关键点定义第一个关键点 图图 7 已定义的所有的关键点已定义的所有的关键点 6 3 2 通过关键点创建线段 GUI MainMenu Preprocessor Modeling Create Lines Straight Lines 弹出关键点拾取菜单 逐个拾取关键点连成线段 图图 8 关键点拾取菜单关键点拾取菜单 图图 9 拾取关键点生成成的直线拾取关键点生成成的直线 6 3 3 由直线生成面 通过连成的直线生成平面 GUI MainMenu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines 图图 10 拾取直线生成的平面拾取直线生成的平面 6 3 4 由平面拉伸成体 GUI MainMenu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas Along Normal 弹出沿法向拉伸的对话框 输入拉伸距离为 8 选择面生成立体模型 图图 11 法向拉伸对话框法向拉伸对话框 图图 12 拾取面生成的体拾取面生成的体 6 4 划分网格划分网格 6 4 1 将定义的单元类型和材料模型赋予工件 GUI MainMenu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Volumes 在弹出的对话框中将 1 号 solid185 单元赋予 1 号工件材料模型 将 2 号 solid45 单元赋予 2 号车刀模型 图图 13 将定义的材料模型将定义的材料模型 1 和单元类型和单元类型 1 赋予工件赋予工件 图图 14 将定义的材料模型将定义的材料模型 2 和单元类型和单元类型 2 赋予刀具赋予刀具 6 4 2 用智能划分进行网格尺寸控制 GUI MainMenu Preprocessor Meshing Size Cntrls SmartSize Basic 图图 15 智能尺寸划分智能尺寸划分 6 4 3 网格划分 GUI MainMenu Preprocessor Meshing Mesh Volumes free 图图 16 网格划分的结果网格划分的结果 6 5 创建摩擦接触对创建摩擦接触对 在刀具切削工件的过程中 主要的摩擦发生在切屑底层与前刀面的摩擦和 后刀面与已加工表面的摩擦 所以在模型中创建两对接触对 6 5 1 生成组元 GUI UtilityMenu Select Entities 弹出的选择对象对话框 选择对象为所有的面 从所有面中拾取刀具的后 刀面 再拾取其上所有节点生成组元 SNA1 图图 17 选择对象为所有的面选择对象为所有的面 图图 18 选择后刀面选择后刀面 图图 19 选择面上所有节点选择面上所有节点 GUI UtilityMenu Select Comp Assembly Create Componet 弹出的对话框中定义组元 SNA1 图图 20 生成组元生成组元 SNA1 按照上述方法依次定义已加工表面 前刀面 切削底层的组元分别为为 SNA2 PULL1 PULL2 6 5 2 定义摩擦接触对 GUI MainMenu Preprocessor Modeling Create Contact Pairs 弹出的 接触管理 对话框 选择新建接触对 图图 21 生接接触面对话框生接接触面对话框 在上图对话框中选择 SNA1 然后点 NEXT 再选 SNA2 然后点 NEXT 弹出下面的属性设置对话框 图图 22 属性设置对话框属性设置对话框 单击 OK 再单击 Creat 即可建立 3 号摩擦接触对 按照上述方法 可再建 立 4 号摩擦接触对 6 6 求解准备和施加约束边界条件求解准备和施加约束边界条件 6 6 1 设置分析类型 设置分析类型为静态分析 GUI MainMenu Solution Analysis Type New Analysis Static 图图 23 选择分析类型为暂态选择分析类型为暂态 6 6 2 求解控制设置 GUI MainMenu Solution Analysis Type Sol Controls 弹出下图所示对话框 进行参数设置 图图 24 参数设置对话框参数设置对话框 将整个求解过程分为 5 个载荷步 设置为小位移约束 并且显示所有载荷 步的求解结果 6 6 3 施加约束边界条件 对刀具的顶面施加 Y 方向的位移约束 约束作用距离为零 对刀具的侧面 施加位移为 1 的约束 对工件底部施加全约束 工件右侧面施加 X 方向的约束 约束作用距离为零 GUI Utility Select Entities 图图 25 拾取刀具顶面作为约束施加平面拾取刀具顶面作为约束施加平面 GUI MainMenu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Areas 图图 26 约束约束 Y 方向位移方向位移 图图 27 选择刀具左侧面为位移约束面选择刀具左侧面为位移约束面 图图 28 约束约束 X 方向位移方向位移 图图 29 选择工件底面为约束面选择工件底面为约束面 图图 30 约束所有自由度约束所有自由度 图图 31 选择工件左侧面为约束面选择工件左侧面为约束面 图图 32 约束约束 X 方向位移方向位移 到此施加约束结束 下面进入求解步骤 6 7 求解分析求解分析 GUI MainMenu Solution Solve Current LS 耐心等待十几秒 当出现 Solution is done 时 则求解完成 图图 33 求解完成求解完成 6 8 结果后处理结果后处理 进入 ANSYS 后处理器 按载荷步分别查看个的应力分布情况 GUI MainMenu General Postproc Read Results By Load Step 弹出选择分析载荷步选择对话框 分别选择从第一步到第五步的应力分布图 图图 34 读取载荷步对话框读取载荷步对话框 图图 35 读取第一载荷步读取第一载荷步 图图 36 读取第二载荷步读取第二载荷步 图图 37 读取第三载荷步读取第三载荷步 图图 38 读取第四载荷步读取第四载荷步 图图 39 读取第五载荷步读取第五载荷步 7 7 ANSYS 求解结果分析求解结果分析 由图知 在靠近切削刃的应力具有最大值 在前刀上 有效应力从切削刃 处开始急剧下降 后刀面上的有效应力下降较为缓慢 在刀尖附近应力最大 工件整个受力情况较为均匀 由于刀尖部位为最大应力点 由此可知刀具破坏的主要形式为刀尖和刀刃破 坏 因此选用高强度刀片材料对于增加刀具强度是十分必要的 由于切削过程 中会产生高温 且刀具与工件材料之间存在较大压力 因此当温度和应力达到 一定水平时 在应力最大处就可能产生刀刃点蚀以及刀具材料塑性变形 使加 工精度难以保证 为此必须调整切削参数以降低应力 以保证刀具在稳定的切 削状态下工作 此外 由于刀尖部位应力最大 磨损严重 将直接影响加工质 量 因此需要及时检查刀具状况并进行刀具补偿 以上述分析为理论依据 即可在切削加工中正确选择和使用刀具 合理调整 切削参数 为了更清楚地说明应力集中处的应力分布状况 还可利用 ANSYS 沿应力最大处的纵切面表面节点作切片 以显示截面应力变化曲线 由于本文 分析的车刀结构较简单 故从略 8 8 谢辞谢辞 在本毕业设计承蒙王占奎和付素芳老师的认真指导和热心帮助 特别是在 星期天 节假日指导老师放弃休息时间 耐心地辅导我们 才使我在本次毕业 设计得以按规定的时间顺利的完成 我们指导老师丰富的实践经验和渊博的知 识以及严谨负责的 认认真真工作态度已经深深的印在我的脑海里了 对我影 响很大 通过指导老师的热心认真的指导 使我能够对机械设计基本知识能够 认真学习并得到提高 对有关设计资料进行有效的查阅 在运用软件时能够融 会贯通 总之在整个设计过程中指导老师给予我了充分耐心的指导 在此我向 指导老师以及曾帮助过我的同学表示真诚的感谢 9 9 参考文献参考文献 1 张朝晖 ANSYS 8 0 结构分析及实例解析 M 机械工业出版社 2005 3 2 邓凡平 ANSYS 10 0 有限元分析自学手册 M 人民邮电出版社 2007 1 3 安承业 机械制造工艺基础 M 天津大学出版社 1999 1 4 Saeed Moaveni 有限元分析 ANSYS 理论与应用 M 电子工业出版社 2008 1 5 刘鸿文 材料力学 M 高等教育出版社 2004 1 6 张方瑞 ANSYS 8 0 应用基础与实例教程 M 电子工业出版社 2006 9 7 陈精一 ANSYS 工程分析实例教程 M 中国铁道出版社 2006 5 8 刑静忠 有限元基础与 ANSYS 入门 M 机械工业出版社 2004 11 9 李黎明 ANSYS 有限元分析实用教程 M 清华大学出版社 2005 1 10 张朝晖 ANSYS 11 0 结构分析工程应用实例解析 M 机械工业出版社 2008 3 11 陈志刚 周里群 基于 ANSYS 的金属切削过程有限元仿真 J 凿岩机 械气动工具 2007 1 12 张春来 金属斜角切削过程的 ANSYS 数值仿真 J 机床与液压 2007 1 13 仇亚萍 黄俐军 冯立飞 基于 ANSYS 的有限元网格划分方法 J 机 械管理与开发 2007 12 14 张春来 黄斌 ANSYS 软件中优化技术在刀具切削中的应用 J 安徽水 利职业技术学院学报 2006 3 15 李国和 王敏杰 段春真 基于 ANSYS LS DYNA 的金属切削过程有 限元模拟 J 农业机械学报 2007 12 目录目录 1 1 绪论绪论 1 1 2 2 设计要求设计要求 1 1 3 3 金属切削简介金属切削简介 3 3 1 1 3 1 切削方式 1 3 2 切屑的基本形态 1 3 3 积屑瘤 2 3 4 切削力 2 3 5 切削热 3 3 6 切削温度 3 3 7 刀具磨损 3 3 8 刀具寿命 3 3 9 加工表面质量 4 3 10 切削振动 4 3 11 切屑控制 4 3 12 生产应用 4 4 4 硬质合金介绍硬质合金介绍 5 5 5 5 5 5 有限元分析软件有限元分析软件 ANSYSANSYS 简介及本课题研究的内容和意义简介及本课题研究的内容和意义 5 5 5 1 ANSYS 简介 10 5 5 2 本课题研究的内容和意义 7 6 6 切削加工受力分析的切削加工受力分析的 ANSYSANSYS 求解过程求解过程 7 7 6 1 定义单元类型 1 7 6 2 定义材料属性数据 11 8 6 3 创建模型 9 6 3 1 创建关键点 9 6 3 2 通过关键点创建线段 10 6 3 3 由直线生成面 11 6 3 4 由平面拉伸成体 12 6 4 划分网格 13 6 4 1 将定义的单元类型和材料模型赋予工件 13 6 4 2 用智能划分进行网格尺寸控制 14 6 4 3 网格划分 14 6 5 创建摩擦接触对 15 6 5 1 生成组元 15 6 5 2 定义摩擦接触对 17 6 6 求解准备和施加约束边界条件 18 6 6 1 设置分析类型 18 6 6 2 求解控制设置 18 6 6 3 施加约束边界条件 19 6 7 求解分析 22 6 8 结果后处理 22 7 7 ANSYSANSYS 求解结果分析求解结果分析 2424 8 8 谢辞谢辞 2525 9 9 参考文献参考文献 2525 袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈 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羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂 肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈 羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿 荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆 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