车刀切削过程中刀具温度分布的模拟论文

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1、车刀切削过程中刀具温度分布的模拟毕业论文摘要IAbstractII1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车刀及其材料32.1车刀简介32.2车刀的重要角度42.3车刀分类52.4刀具材料52.3.1刀具材料应具备的性能52.3.2常用的刀具材料62.3.3其它刀具材料63金属切削刀具基础73.1金属切削过程的基本概念73.2切削表面与切削运动73.3切削用量三要素84ANSYS软件简介94.1ANSYSA的定义94.2ANSYS内容94.3ANSYS软件提供的

2、分析类型95ANSYS对物体的热分析105.1热分析简介105.2ANSYS热分析特点115.3ANSYS软件求解的基本流程116建立刀片模型137热分析137.1建立工作文件名和工作标题137.2定义单元类型147.3定义材料性能参数157.4导入几何模型、划分网格177.5加载求解217.6输出温度场分布图298对比分析319结论32致谢34331绪论1.1概述在机械制造业中，虽然已经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。在切削工程中，机床做功转换为等量的切削热，这些切削热除少量逸散到

3、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，从而引起工件热变形，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。在使用ANSYS测量分析切削温度时，既可以测定切削区域的平均温度，也可以测量出切屑、刀具和工件中的温度分布。本文就是通过ANSYS模拟90°外圆车刀在切削过程中刀片的温度分布，通过与实验数据的比较证明ANSYS软件的准确性，并用ANSYS的模拟结果研究了切削速度对刀具温度分布的影响。1.2研究切削温度

4、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很大。在切削温度低于600℃的情况下，切削温度直接影响切屑瘤的消长，从而影响到切屑瘤的前角，所以工作前角随切屑温度的变化而变化。刀—屑平均摩擦系数随切削温度变化原因有二：一、积屑瘤前角随切削速度而变化：①当θ＜300℃时，积屑瘤前角随着温度的提高而增大；②当300℃<θ<600℃时，积屑瘤前角随切削温度的升高而减小。二、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：①当θ＞600℃时，刀屑摩擦系数的下降主要就是由于这个原因。②当θ＜

5、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θ＞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—θ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：1)化磨损和相变磨损。刀具高速切削时的平均切削温度可达

6、1000～1200℃，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。2)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33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。1)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，而且存在不均匀的内应力，因此当高温

7、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。1.1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，已经有不少成果实用化。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，并且有专门的著作。20世纪70年代以来，车削

8、、磨削在日本己研究较成熟。取得了很好效果，在生产中发挥着重要的作用。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