车削可转位刀具接触应力的有限元分析

摘要

接触问题是一种高度的非线性问题，需要很大的计算机资源。ANSYS是一种国际上著名的软件，ANSYS软件的主要功能包括建立模型、结构分析、非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、接触分析、压电分析、结构优化等。在现代自动化加工系统中，可转位式车刀以优点众多而应用广泛。这种刀片切削效率高，辅助时间少，刀体可重复使用，节约成本。本文主要是对可转位刀具的刀片与刀杆刀槽之间的接触问题进行分析。 利用ANSYS参数化设计语言APDL，在ANSYS软件中直接建立模型。根据指定的函数、变量以及选用的分析类型来进行编程，完成优化设计和自适应网格划分。构建出具有几何特性、边界条件的可转位刀片与刀杆刀槽的二维及三维有限元模型。即程序的输入可设定为将结构设计过程中所有关系式融入所编写的应用程序中，在程序的控制下，顺序执行这些关系式，通过与用户的交互来完成刀片及刀杆刀槽的建模和分析。 本文分别以硬质合金可转位刀片和陶瓷可转位刀片为例，通过刀槽刀尖角以及刀片与刀槽接触面的改变，在ANSYS中加载切削力及夹紧力求解，进行应力场分析，求出压力和剪切应力在刀片和刀槽的接触面上是如何分布的，以及其接触的最大应力。从而指导刀片和刀杆的参数化设计，防止塑性变形和疲劳破损的产生以提高其切削性能。 本文的研究有利于对切削过程中的力学特性进行深入研究，可指导可转位刀片与刀杆的优化设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1接触问题的发展及研究现状

1.1.1接触问题的发展

1.1.2接触问题的研究现状

1.2接触问题的理论基础

1.2.1接触问题的分类

1.2.2弹性固体的法向接触HERTZ理论

1.2.3弹性物体的非HERTZ法向接触

1.2.4切向加载和滑动接触

1.3接触问题的数值分析方法及其发展现状

1.4切削加工中的接触问题

1.4.1刀具前刀面-切屑之间的接触问题

1.4.2刀具后刀面-已加工表面之间的接触问题

1.4.3机床结构结合面问题

1.4.4刀柄-主轴锥孔之间的接触问题

1.5存在问题

1.6本课题的研究目的、意义及主要工作

第2章问题的阐述

2.1可转位外圆车削刀具结构

2.1.1可转位刀具的概述

2.1.2可转位刀片设计的基本要求

2.1.3可转位刀片结构特点

2.1.4本文中的刀具问题

2.2可转位外圆车削刀具夹紧方式

2.2.1刀片的夹固要求

2.2.2可转位车刀的夹紧形式

2.3可转位外圆车削刀具材料

2.3.1刀具材料的重要性

2.3.2现代刀具材料的分类及性能

2.3.3本算例中选用的刀具材料

2.4可转位外圆车削刀杆

2.5可转位外圆车削刀具的接触问题

2.5.1刀具的夹紧可靠度

2.5.2可转位车刀的几何角度

2.6本章小结

第3章可转位外圆车削刀具的接触问题的有限元基础

3.1接触分析有限元法思想

3.2接触算法简介

3.3接触问题有限单元解法理论

3.4 ANSYS软件介绍

3.4.1 ANSYS主要技术特点

3.4.2 ANSYS的建模功能

3.4.3 ANSYS的分析过程

3.4.4有限元法处理接触分析的一般过程

3.4.5 APDL语言简介

3.5本章小结

第4章可转位车削刀具接触问题的有限元建模技术

4.1模型

4.1.1用于计算的几何形状

4.1.2假定与限制

4.1.3建立模型

4.2载荷条件

4.2.1切削力

4.2.2夹紧力

4.2.3温度

4.2.4材料性能

4.2.5分析模型

4.3本章小结

第5章算例及结果分析

5.1硬质合金可转位刀片选择

5.2刀杆选择

5.3二维计算

5.3.1二维计算结果

5.3.2二维计算结果分析

5.4三维计算

5.4.1三维计算结果

5.4.2三维结果分析

5.5本章小结

结论

参考文献

附录

致谢