基于ANSYS的内冷刀具流热固耦合分析(上).pdf

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1、试验研究现代制造工程(M0demM肌u￡眦turingEn百neering)2016年第6期基于ANSYS的内冷刀具流热固耦合分析(上)+杜宏益1，何林1，赵先锋1，杜红星2，陈宗毅1，贾德硕1(1贵州大学机械工程学院，贵阳550025；2河南中鸿集团煤化有限公司，平顶山467045)摘要：针对设计的21种内冷刀具结构，使用ANsYs软件进行流热固耦合分析，根据刀具最大等效应力满足强度要求、刀具最高温度最低的原则，分析得出优选模型；并对此采用不同的冷却参数进行冷却性能分析。关键词：内冷刀具；ANsYs；流热固耦合分析；刀具最大等效应力；刀具

2、最高温度中图分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：167l_3133(2016)06—0013—04DOI：10．16731“．cnki．1671—3133．2016．06，004FlIlid-thermal·structurecouplinganmysisof岫ercondeIlsingtoolbasedonANSYSDuHongyil，HeLinl，Zha0Xianfen91，DuHong)【in92，ChenZongyil，JiaDeshu01(1CollegeofMechanicalEngineeringGuizhouuni

3、versity，Guiyang550025，China；2HenanZhonghongGmupCoalChemicalCo．Ltd．，Pingdingshan467045，Henan，China)Abstmct：2lstⅢcturemodelsofinnercondensingt001aredesigned，andnuid-山e皿al—structurecoupling卸alysjsaboutthembasedonANSYSiscarriedout，accordingto山ema)【imumequivalentstresssatisfyin

4、gthestren昏hrequi珊entandthelowesthigh-esttemperatureof埘，aflalysisobtainedoptiIIlizationmodel；thecoolingpe而册粕ceanalysisaboutitisc删edoutunderdi艉r-entcoolingp眦meteIsconditions．Keywords：innercondensingt00l；ANSYS；nuid—the珊al-s咖cturecouplinganalysis；thema“mumequivalentstressoftoo

5、l；thehighesttemperatureoftool0引言随着经济社会的快速发展，高效加工技术已经成为机械制造技术的重要发展方向，但对高强度钢等难加工材料，如42CrMo的高效加工，切削温度高是制约其加工效率的关键因素，对此高效冷却技术显得尤为重要。近年来，很多学者尝试从各方面对刀具切削模型进行仿真分析，以寻求最为有效的冷却途径。其中，应用Fluent软件对普通刀具和内冷刀具切削模型进行流场分析，以优化其冷却参数¨1；应用ANsYs稳态热分析模块steady—statethemal对热管刀具进行温度场分析，以研究其冷却性能。2o；应用

6、ANsYs结构分析模块staticstructural对车刀进行强度分析计算，可有效预见和指导现实切削实验p圳；对于刀体中带有+国家自然科学基金资助项目(51265005)冷却通道的新型自冷却车刀，用于旋风切削螺纹时，生产效率和产品质量都有所提高∞J。这些，有的应用于切削实验研究，有的只是应用ANsYS中的单一模块对具体物理场进行仿真分析，而对切削加工中多场耦合问题有待进一步研究。本文基于ANSYS的流热固耦合分析，以研究内冷刀具的冷却性能。1刀具热固耦合边界条件的确定及分析1．1确定刀具传热边界及切削力选取55。菱形硬质合金刀片，其物性参

7、数如表1所示，后角％=60、刀尖半径o=0．4mm、前角7=90、刃倾角A。=一7。、刀片厚为6．35mm、主偏角I

8、}，=93。，选取加工工艺参数：工件转速n=600r／min、切削深度口。=1．5mm、进给量厂=0．3mm，加工直径为咖90mm、132016年第6期现代制造工程(M0demManufacturingEngineering)硬度为314HB的42CrMo材料。使用，I'hirdWaveAd—vantEdge切削软件进行三维干切削仿真，根据M．C．Shaw切削温度理论㈨，进行刀具传热边界分析，得到流人刀具前刀面上刀屑接触区的

9、热流密度g=48．057W／mm2，刀片暴露表面与空气的换热系数取10。W／(mm2·K)，刀片与刀体接触面间换热系数取2．5×10。W／(mm2·K)；刀具所受的主切削力为23