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擠壓-犁削成形刀具的有限元分析

發(fā)布于:2024-04-01 20:38

有限元分析

      現如今,國內外學(xué)者對擠壓-犁削刀具如何散熱這一問(wèn)題給予了高度關(guān)注。熱管是通過(guò)液體的蒸發(fā)和凝結來(lái)傳遞熱量的,目前,微小型熱管在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛運用。梁良、全燕鳴對熱管刀具的設計和散熱性能進(jìn)行了測試,訾克明、陳勁松對熱管技術(shù)在高速干切削加工中的應用進(jìn)行了研究,劉志軍、全燕鳴對熱管銑刀散熱的基本結構和關(guān)鍵參數進(jìn)行了優(yōu)化,周小青、孫濤、杜冬東、馬飛對ABAQUS旋轉熱管磨具進(jìn)行了有限元分析。這些研究為微熱管技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。
      根據得出點(diǎn)的位移分量用幾何方程算出應變分量,然后用物理方程算出應力分量。結構離散化、單元分析和整體分析這三步是有限元法分析的一般步驟。具體步驟為:①結構離散化。結構被離散成一定限制內很小的單元,然后通過(guò)節點(diǎn)銜接每個(gè)單元和單元與邊界。②建立整體剛度矩陣,構建整體平衡方程。③根據單元在全局坐標系中的位置,通過(guò)排列疊加,為不同的單元建立剛度矩陣,然后得出整體剛度矩陣Kσ的結構。④對節點(diǎn)載荷列陣組進(jìn)行集成,使其作用在各單元上,從而求出整體載荷陣列P,最終列出節點(diǎn)的平衡方程。在單個(gè)節點(diǎn)受力平衡的基礎上,構建結構的整體平衡方程。
      有限元模型的建立。當擠壓-犁削時(shí),因為單齒刀具的前刀面是對稱(chēng)分布的,所以在反向作用力下的前刀面會(huì )使工件前面出現塑性變形。根據阻力最小原理,此刻在前刀面的交匯處,即中間切削刃出現的金屬流動(dòng)會(huì )發(fā)生干涉現象,而中間切削刃從中將金屬切開(kāi)分流是避免這一現象發(fā)生的唯一途徑。
      選用了UG作為刀具的三維造型軟件,擠壓角為90°,然后優(yōu)化建模,截取一個(gè)齒作為分析對象,并導入到Ansys Workbench中進(jìn)行分析。
      選擇了比較常用的W18Cr4V材料,其密度為8260 kg/m3,彈性模量為2.25×e5 MPa。根據材料屬性,在Engineering Data中修改了材料相應的屬性,如圖所示。
      自動(dòng)劃分網(wǎng)格主要是根據實(shí)體的幾何性自動(dòng)檢測,對于那些可以自動(dòng)掃掠的實(shí)體,就進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。使用六面體網(wǎng)格劃分方法可以減少單元的數量,提高運算效率。掃掠網(wǎng)格時(shí),要在某個(gè)指定的方向上進(jìn)行,然后生成六面體或棱柱單元。掃掠網(wǎng)格對實(shí)體的要求比較嚴格,要求實(shí)體在某一個(gè)方向上具有相同的拓撲結構。
      刀齒模型是擠壓-犁削刀具的一個(gè)刀齒,這里選擇的加工工件材料為純銅,速度為51mm/s,擠壓-犁削深度為0.5mm,受力主要集中在刀刃上,有徑向力和軸向力,按犁削條件最(lèi)毫拥那闆r(Fx,Fz集中作用于切削刃部分)158 MPa進(jìn)行模擬加載。加載時(shí),在刀齒內部施加固定約束力。
      通過(guò)對實(shí)際擠壓-犁削過(guò)程的有限元分析,得出了如下三個(gè)結論:①犁削力集中作用在刀齒的切削刃上,切削刃和刀尖的強度較大;②在犁削力的有限元仿真實(shí)驗中,刃部并沒(méi)有發(fā)生大的塑性變形,變形量也沒(méi)有超出范圍,說(shuō)明犁削力不會(huì )影響加工精度,刀齒不會(huì )產(chǎn)生局部斷裂;③采用有限元分析方法提高了操作的準確度,為進(jìn)一步改進(jìn)刀具提供了理論依據。


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