麻花鉆的建模及強(qiáng)度分析畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

麻花鉆的建模及強(qiáng)度分析[摘要]：采用三維建模軟件建立麻花鉆的三維模型，分析刀具在工作時(shí)的受力情況。應(yīng)用有限元軟件對(duì)麻花鉆進(jìn)行模態(tài)分析，研究其結(jié)構(gòu)的震動(dòng)特性。利用deform軟件對(duì)麻花鉆的工作過(guò)程進(jìn)行模擬仿真。[關(guān)鍵詞]：麻花鉆；三維建模；ansys分析；deform仿真TwistdrillmodelingandtheanalysisofitsintensionAbstract:Thisarticalintroducedthe3Dmodelingmethodoftwistdrillandtheanalysisoftwistdrillwhenitbehaves.FiniteelementsoftwareformodalanalysisTwist.Deformsoftwareusingprocesssimulationwork.KeyWords:twistdrill；ansys；deform；simulation目錄目錄 I1緒論 1引言 11.2研究背景與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2本課題的研究意義 3本課題研究的主要工作 42麻花鉆切削理論基礎(chǔ) 6麻花鉆應(yīng)用到的理論基礎(chǔ) 6麻花鉆的組成 6麻花鉆的角度 7基面和切削平面 9鉆削力的計(jì)算 93麻花鉆的建模 113.1Pro/ENGINEER 113.1.1Pro/ENGINEER的概述 11創(chuàng)建毛坯 11創(chuàng)建螺旋槽 15創(chuàng)建橫刃 194有限元數(shù)值分析理論與ansys軟件介紹 24有限元方法分析過(guò)程概述 24連續(xù)體的離散化 24單元分析 244.2ANSYS軟件介紹 24軟件功能簡(jiǎn)介 25前處理模塊PREP7 25求解模塊SOLUTION 26靜應(yīng)力分析 274.3.1麻花鉆的靜應(yīng)力分析步驟 28模態(tài)分析 35模態(tài)分析:模態(tài)分析的定義和模態(tài)分析介紹 354.4.2在ANSYS中有以下幾種提取模態(tài)的方法： 354.4.3模態(tài)分析中的四個(gè)主要步驟： 364.4.4模態(tài)分析步驟: 365鉆削過(guò)程的模擬仿真與deform-3d軟件介紹 46軟件介紹 465.1.1deform-3d軟件簡(jiǎn)介 46的操作流程 46鉆削過(guò)程仿真 49致謝 60參考文獻(xiàn) 61外文文獻(xiàn)譯文 621緒論引言切削加工是機(jī)械加工制造應(yīng)用最多的加工方式之一，它可以應(yīng)用在幾乎所有的機(jī)械加工制造行業(yè)當(dāng)中，是國(guó)民生產(chǎn)的重要支柱。各國(guó)對(duì)于此領(lǐng)域的投入都頗為巨大，例如美國(guó)的年投入經(jīng)費(fèi)就超過(guò)3000億美元。而一個(gè)產(chǎn)品的加工精度高低、質(zhì)量好壞取決于整個(gè)加工系統(tǒng)的性能，不是單一依靠某個(gè)環(huán)節(jié)的，包括了機(jī)床、夾具、刀具等。在全球化激烈競(jìng)爭(zhēng)的背景下，特別是機(jī)械制造業(yè)技術(shù)水平突飛猛進(jìn)的今天，提高切削加工尤其是精密和超精密切削的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，就成為了必須重點(diǎn)研究的課題，需要深入地研究切削機(jī)理、切削加工和切屑形成理論。但研究切削過(guò)程也是一個(gè)非常復(fù)雜的課題，它不但涉及到多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)；切削的質(zhì)量又受到刀具幾何參數(shù)、工件材料、溫度分布、應(yīng)力和刀具磨損等影響；在切削加工中，切削表面的殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變又能?chē)?yán)重影響了工件的精度和疲勞壽命。所以，利用傳統(tǒng)的解析方法，很難對(duì)切削機(jī)理進(jìn)行定量的分析和研究，都局限在經(jīng)驗(yàn)化范圍內(nèi)，這嚴(yán)重影響了切削加工的效率，并導(dǎo)致加工成本高、加工過(guò)程中錯(cuò)誤甚至事故的頻繁發(fā)生。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，一些學(xué)者將其引入到切削加工領(lǐng)域，從而形成了仿真技術(shù)，使得利用有限元仿真方法來(lái)研究切削加工過(guò)程以及各種參數(shù)之間的關(guān)系成為可能。通過(guò)應(yīng)用一些商用有限元軟件，工程師和研究人員可以定量分析這一過(guò)程，降低了切削過(guò)程分析的成本同時(shí)也提高了分析的質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用有限元軟件進(jìn)行仿真模擬分析得出的數(shù)據(jù)與通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)基本吻合，說(shuō)明仿真模擬具有很高的可靠性，可作為研究設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)最新的資料顯示，目前的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)一般材料去除與切削過(guò)程的研究；（2）特殊加工過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬的研究；（3）切削過(guò)程的幾何與過(guò)程參數(shù)的研究；（4）加工過(guò)程中的熱研究；（5）加工過(guò)程中殘余應(yīng)力的研究；（6）加工機(jī)床的動(dòng)力學(xué)研究與控制；（7）機(jī)床磨損與誤差的研究；（8）切屑形成機(jī)理的研究；（9）最優(yōu)化與其他主題的研究。本文將采用有限元法研究切削過(guò)程中刀具幾何參數(shù)的變化對(duì)整個(gè)切削過(guò)程的影響。1.2研究背景與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀計(jì)算機(jī)模擬加工過(guò)程是制造工程領(lǐng)域的重要成果之一，由于使用了計(jì)算機(jī)模型對(duì)所需切削力、切削溫度、切削形成過(guò)程等進(jìn)行仿真，大大簡(jiǎn)化了整個(gè)研究中試驗(yàn)過(guò)程，減少了反復(fù)試驗(yàn)，節(jié)約了研究成本和人力，具有很高的價(jià)值。研究該領(lǐng)域的學(xué)者，都傾向于應(yīng)用有限元進(jìn)行切削過(guò)程分析建模，有限元法的優(yōu)點(diǎn)是讓計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)模擬整個(gè)切削的復(fù)雜過(guò)程。幾十年來(lái)的深入研究，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)有了比較全面的了解，建模方法已經(jīng)從最初的簡(jiǎn)單剪切平面法發(fā)展到更加復(fù)雜的有限元方法，而有限元方法是最新趨勢(shì)的代表。有限元法有著強(qiáng)大的應(yīng)用能力，可以包含幾乎所有金屬切削過(guò)程的各個(gè)方面，可以同時(shí)解決在刀—屑接觸面摩擦的應(yīng)力平衡方程、應(yīng)力—應(yīng)變?cè)隽筷P(guān)系式、熱傳導(dǎo)方程、材料本構(gòu)方程和應(yīng)力特性方程。這個(gè)方法可能比其他方法更細(xì)致地揭示金屬切削過(guò)程。國(guó)內(nèi)外的研究者在有限元分析法上都做了細(xì)致的研究，取得了很多卓越的成果，可也還是留下了一些發(fā)展的空間，讓我們后人去探索。MerChant、Piispanen和Leeandshaffer是最早應(yīng)用分析模型的學(xué)者，他們利用了切屑角模型來(lái)分析切屑在生成過(guò)程中的角度與刀具前角的關(guān)系。1960年Clough在他的論文“平面分析的有限元法（TheFiniteElementMethodinPlaneStressAnalysis）”中最先引入了有限元（FiniteElement）這一術(shù)語(yǔ)，一提出就引起了廣泛的關(guān)注。1982年Usui和Shirakashi第一次提出刀面角、切屑幾何形狀和流線等概念，得出了一個(gè)穩(wěn)態(tài)的正交切削模型，應(yīng)用此模型對(duì)切削過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變和溫度等參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。2004年合肥工業(yè)大學(xué)的謝峰和劉正士有限元法及彈塑性變形理論對(duì)二維金屬切削的變形過(guò)程進(jìn)行有限元分析，指出了金屬由彈性變形到塑性變形時(shí)單元?jiǎng)偠染仃囎兓囊?guī)律。2004年鄧文君等學(xué)者采用熱—力耦合、平面應(yīng)變、連續(xù)帶狀切屑的切削模型模擬了高強(qiáng)度耐磨鋁青銅的正交切削加工過(guò)程。采用增量步移動(dòng)刀具的方法，結(jié)合有限元分析軟件MARC的網(wǎng)格重劃分功能，模擬了刀具從初始切入到切削溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)的切削加工過(guò)程，獲得了不同切削深度和切削速度下的切屑形態(tài)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變速率的分布。2005年胡韋華、王秋成、胡曉冬和劉云峰針對(duì)有限元方法在切削加工過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，研究了切削加工過(guò)程數(shù)值模擬的研究進(jìn)展情況，并對(duì)切削加工過(guò)程數(shù)值模擬的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。2006年華南理工大學(xué)的何振威、全燕鳴和樂(lè)有樹(shù)用DEFORM-2D軟件建立了典型的正交切削模型，研究了高速切削中切削熱在切屑、工件和刀具部分的量化分配規(guī)律。但是所得的結(jié)果只是停留在模擬實(shí)驗(yàn)階段，沒(méi)有與實(shí)際試驗(yàn)做過(guò)比較。2009年李澤文、羅洪波、端正強(qiáng)和肖華軍對(duì)三角形刀片的切削過(guò)程進(jìn)行了有限元分析，獲得了不同切削用量對(duì)切削力、切削溫度、刀片應(yīng)力的影響，以選擇合理的切削用量來(lái)延長(zhǎng)刀具壽命。通過(guò)以上的了解，對(duì)于切屑形成過(guò)程的有限元模擬方面，國(guó)內(nèi)的2-D模擬發(fā)展相對(duì)3-D模擬較快，甚至能夠?qū)λ苄暂^差的工件材料的切削進(jìn)行2-D模擬；國(guó)內(nèi)的仿真主要停留在2-D領(lǐng)域，不僅視覺(jué)效果不夠理想，而且模擬的能力僅局限于正交切削范圍，其它大部分的切削情況都不能模擬，如包含斜刃切削的車(chē)削、刨削、銑削、鉆削等切削加工情況。本課題的研究意義隨著全世界越來(lái)越多的研究學(xué)者和工程師的努力，有限元法分析已經(jīng)變得成熟和可靠，他們通過(guò)計(jì)算機(jī)所進(jìn)行的大量的模擬科學(xué)研究，獲得了大量寶貴的資料和成果。由于傳統(tǒng)的研究方法難以定量分析切削機(jī)理，一旦面對(duì)高速、超精密切削加工等工藝，實(shí)驗(yàn)的方法便很難獲得所需的相關(guān)參數(shù)，反而虛擬制造技術(shù)能夠縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真，研究金屬切削變形等物理現(xiàn)象的影響因素，可以幫助合理選擇參數(shù)工藝中的切削速度，背吃刀量及進(jìn)給量;對(duì)刀具幾何結(jié)構(gòu)(前角，后角等)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而可以采取措施減小切削力，提高金屬切除效率并改善加工表面質(zhì)量，優(yōu)化加工工藝等。所以，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究切削過(guò)程中的金屬變形及其溫度分布等是目前最有發(fā)展前景的研究方法之一。通過(guò)閱讀文獻(xiàn)了解相關(guān)研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，我對(duì)于應(yīng)用有限元法模擬切削過(guò)程有了更清楚的認(rèn)識(shí)，本課題能夠全面地考量我在本科階段的分析動(dòng)手能力、對(duì)于新理論的應(yīng)用學(xué)習(xí)能力以及對(duì)于問(wèn)題的探索研究能力，能夠完成本課題將是對(duì)我整個(gè)本科階段的最佳總結(jié)。本課題研究的主要工作有限元法（finiteelementmethod）是一種高效能，常用的計(jì)算方法。有限元法在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，所以它廣泛應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類(lèi)物理場(chǎng)中。自從1969年以來(lái)，某些學(xué)者在流體力學(xué)中應(yīng)用加權(quán)余數(shù)法中的咖遼金法或最小二乘法同樣獲得了有限元方程，因而有限元法可應(yīng)用于以任何微分方程所描述的而各類(lèi)物理場(chǎng)中，而不再要求這類(lèi)物理場(chǎng)和泛函的極值有聯(lián)系。邊界元法是一種及有限元法之后發(fā)展起來(lái)的一種新數(shù)字方法與有限元法在連續(xù)區(qū)域內(nèi)劃分單元的基本思想不同邊界元法只是在定義域的邊界上劃分單元，用滿足控制方程的函數(shù)去逼近邊界條件。與有限元相比具有單元個(gè)數(shù)少，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。采用大型有限元分析軟件deform-3d對(duì)普通麻花鉆的鉆削力進(jìn)行仿真研究。Deform-3d是SFTC公司開(kāi)發(fā)的基于有限元分析的工藝仿真軟件，針對(duì)復(fù)雜的金屬成型過(guò)程，能夠分析各種成型、熱處理工藝，對(duì)加工過(guò)程中因工件材料、刀具材料的剪切變形、切削溫度內(nèi)應(yīng)力等因素進(jìn)行分析，是正確選擇刀具材料、刀具角度和切削用量以及進(jìn)行材料加工性分析的依據(jù)。研究方法利用cad軟件建立參數(shù)化麻花鉆三維模型建立麻花鉆的數(shù)學(xué)模型，對(duì)麻花鉆的鉆削過(guò)程受力進(jìn)行理論分析在ansys下對(duì)刀具進(jìn)行強(qiáng)度分析，獲得應(yīng)變和應(yīng)力分布圖對(duì)麻花鉆進(jìn)行模態(tài)分析，得到各個(gè)模態(tài)下的振型圖在deform-3d軟件下進(jìn)行鉆削過(guò)程的模擬仿真2麻花鉆切削理論基礎(chǔ)麻花鉆應(yīng)用到的理論基礎(chǔ)麻花鉆的組成麻花鉆是孔加工過(guò)程中應(yīng)用最廣泛的一種工具，即可在實(shí)心材料上鉆孔，也可將已有孔進(jìn)行擴(kuò)大?？杉庸た讖降姆秶鸀?80mm。麻花鉆的結(jié)構(gòu)刀體：刀體是麻花鉆的主要部分，它又分為切削部分和導(dǎo)向部分。切削部分擔(dān)負(fù)主要切削工作，導(dǎo)向部分在工作時(shí)起導(dǎo)向的作用。隨著麻花鉆的刃磨變短，導(dǎo)向部分也是切削部分的準(zhǔn)備部分。頸部：是刀體和刀柄的連接部分，又是鉆頭打標(biāo)記的地方。刀柄：用于裝夾鉆頭和傳遞動(dòng)力。直徑小的鉆頭為直柄。為了減小麻花鉆與孔壁的摩擦，導(dǎo)向部分做有兩條窄的刃帶，且外徑磨有倒錐量，即外徑從切削部分向刀柄逐漸減少。麻花鉆的兩個(gè)刀齒靠鉆心連接，因而兩個(gè)主切削刃不通過(guò)鉆心，而相互距離一個(gè)鉆心直徑。為了增大鉆頭的強(qiáng)度，把鉆心做成正椎體，鉆心從切削部分向刀柄逐漸增大，其增大量每100mm長(zhǎng)度為。如圖。所示。圖麻花鉆的結(jié)構(gòu)麻花鉆的角度鉆頭實(shí)際上相當(dāng)于正反安裝的兩把內(nèi)孔車(chē)刀的組合刀具，只是這兩把內(nèi)孔車(chē)刀的主切削刃高于工件中心（因?yàn)橛秀@心而形成橫刃的緣故，鉆心半徑為

）端面刃傾角

為方便起見(jiàn)，鉆頭的刃傾角通常在端平面內(nèi)表示。鉆頭主切削刃上某點(diǎn)的端面刃傾角是主切削刃在端平面的投影與該點(diǎn)基面之間的夾角。如圖所示，其值總是負(fù)的。且主切削刃上各點(diǎn)的端面刃傾角是變化的，愈靠近鉆頭中心端面刃傾角的絕對(duì)值愈大。如圖所示主偏角

麻花鉆主切削刃上某點(diǎn)的主偏角是該點(diǎn)基面上主切削刃的投影與鉆頭進(jìn)給方向之間的夾角。由于主切削刃上各點(diǎn)的基面不同，各點(diǎn)的主偏角也隨之改變。主切削刃上各點(diǎn)的主偏角是變化的，外緣處大，鉆心處小。圖麻花鉆的主要角度前角

麻花鉆的前角

是正交平面內(nèi)前刀面與基面間的夾角。由于主切削刃上各點(diǎn)的基面不同，所以主切削刃上各點(diǎn)的前角也是變化的，如圖所示。前角的值從外緣到鉆心附近大約由+30°減小到-30°，其切削條件很差。后角

切削刃上任一點(diǎn)的后角

，是該點(diǎn)的切削平面與后刀面之間的夾角。鉆頭后角不在主剖面內(nèi)度量，而是在假定工作平面（進(jìn)給剖面）內(nèi)度量（見(jiàn)圖7－36a）。在鉆削過(guò)程中，實(shí)際起作用的是這個(gè)后角，同時(shí)測(cè)量也方便。鉆頭的后角是刃磨得到的，刃磨時(shí)要注意使其外緣處磨得小些（約8°~10°），靠近鉆心處要磨得大些（約20°~30°）。這樣刃磨的原因，是可以使后角與主切削刃前角的變化相適應(yīng)，使各點(diǎn)的楔角大致相等，從而達(dá)到其鋒利程度、強(qiáng)度、耐用度相對(duì)平衡；其次能彌補(bǔ)由于鉆頭的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)而使刀刃上各點(diǎn)實(shí)際工作后角減少一個(gè)該點(diǎn)的合成速度角μ（見(jiàn)圖中f-f剖面）所產(chǎn)生的影響；此外還能改變橫刃處的切削條件。圖麻花鉆的前刀面和后刀面橫刃斜角是在鉆頭的端面投影中，橫刃與主切削刃之間的夾角。它是刃磨鉆頭時(shí)自然形成的，鋒角一定時(shí)，后角刃磨正確的標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆橫刃斜角Ψ為47°~55°，而后角愈大則Ψ愈小，橫刃的長(zhǎng)度會(huì)增加?；婧颓邢髌矫嬖诜治雎榛ㄣ@的幾何角度時(shí)，首先必須弄清楚鉆頭的基面和切削平面?；妫呵邢魅猩先我稽c(diǎn)的基面，是通過(guò)該點(diǎn)，且垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面，如圖所示。在鉆削時(shí)，如果忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鉆頭就只有圓周運(yùn)動(dòng)，主切削刃上每一點(diǎn)都繞鉆頭軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，它的速度方向就是該點(diǎn)所在圓的切線方向，如圖中A點(diǎn)的切削速度

垂直于A點(diǎn)的半徑方向，B點(diǎn)的切削速度

垂直于B點(diǎn)的半徑方向。不難看出，切削刃上任一點(diǎn)的基面就是通過(guò)該點(diǎn)并包含鉆頭軸線的平面。由于切削刃上各點(diǎn)的切削速度方向不同，所以切削刃上各點(diǎn)的基面也就不同。切削平面：切削刃上任一點(diǎn)的切削平面是包含該點(diǎn)切削速度方向，而又切于該點(diǎn)加工表面的平面（圖所示為鉆頭外緣刀尖A點(diǎn)的基面和切削平面）。切削刃上各點(diǎn)的切削平面與基面在空間相互垂直，并且其位置是變化的。圖麻花鉆的切削平面鉆削力的計(jì)算在鉆頭的每個(gè)切削刃上都作用著三個(gè)力，如圖所示。圖麻花鉆受力示意圖包括橫刃和主刃上的軸向力徑向力QUOTE，QUOTE。鉆削力和扭矩主切削刃橫刃棱帶軸向力40573扭矩801010軸向力F=QUOTE(N)切削功率QUOTE=2QUOTE（W）計(jì)算公式單位d（mm）；f（mm/r），d=20mm，n=320r/min,f=/r工件材料鋼41代入?yún)?shù)計(jì)算得F=6337N，按比例施加在橫刃和主切削刃上。本次設(shè)計(jì)主要分析鉆頭受軸向力的影響，所以磨檫力等不予考慮。3麻花鉆的建模Pro/ENGINEERPro/ENGINEER的概述1985年，PTC公司成立于美國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，的Pro/ENGINEER誕生了。進(jìn)過(guò)10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pr。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能。Pro/ENGINEER還提供了全面集成緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。是一款有設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化。基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能的綜合性MCAD軟件。3.2Pro/ENGINEER中麻花鉆的三維建模創(chuàng)建毛坯單擊文件-新建命令，彈出新建對(duì)話框。在其中選擇零件和實(shí)體單選按鈕，在名稱(chēng)文本框中輸入zuantou，單擊確定按鈕，進(jìn)入特征創(chuàng)建環(huán)境。如圖圖創(chuàng)建環(huán)境選擇創(chuàng)建拉伸特征。在工具欄單擊拉伸按鈕，彈出拉伸操控面板，在操控面板內(nèi)單擊放置按鈕，然后但單擊定義，彈出草繪對(duì)話框。定義草繪平面，如圖所示，單擊草繪按鈕，進(jìn)入草繪環(huán)境。如圖圖草繪平面選取單擊圓心和圓點(diǎn)按鈕，繪制直徑為20mm的圓，作為拉伸截面，如圖所示。圖拉伸截面單擊確定按鈕，在操控面板內(nèi)輸入深度值為238，單擊確定按鈕完成。如圖圖拉伸圓柱單擊倒圓角按鈕，選取靠近top面的邊界線，在操控面板內(nèi)定義如圖圖TOP面的選取圖刀柄倒角創(chuàng)建螺旋槽創(chuàng)建螺旋線，單擊編輯-包絡(luò)命令，單擊操控面板內(nèi)的定義按鈕，選擇草繪平面。如圖圖草繪平面的選取設(shè)置包絡(luò)的圓點(diǎn)，繪制圖形如圖所示圖包絡(luò)原點(diǎn)的放置單擊確定按鈕，繪制的包絡(luò)曲線如圖所示。圖包絡(luò)曲線單擊可變剖面掃描，設(shè)置操控面板如圖所示圖螺旋槽特征選取繪制掃描截面如圖所示圖掃描截面單擊確定按鈕，去除材料，效果如圖所示。圖單一螺旋槽的創(chuàng)建選擇可變掃描特征，單擊編輯-陣列，選擇中心軸為旋轉(zhuǎn)軸，陣列個(gè)數(shù)為2，角度為180，單擊確定，結(jié)果如圖所示。圖雙螺旋槽的創(chuàng)建創(chuàng)建橫刃單擊曲線按鈕-經(jīng)過(guò)點(diǎn)-確定-選擇點(diǎn)-確定，得到橫刃曲線如圖所示。圖橫刃曲線段選取單擊平面按鈕，已top面為基準(zhǔn)，穿件dtm1基準(zhǔn)面，如圖所示，便宜距離為5.8.圖dTM1面的創(chuàng)建單擊草繪按鈕，已DTM1面為草繪平面，選擇呢草繪命令，參照選擇兩個(gè)端點(diǎn)，繪制圓弧。如圖所示。圖圓弧的繪制.單擊邊界混合按鈕，選擇一圓弧和橫刃直線，單擊確定，如圖所示。圖單邊混合選擇編輯命令，實(shí)體化，如圖所示。圖單邊實(shí)體化對(duì)另外一邊用同樣的方法進(jìn)行實(shí)體化，如圖所示。圖橫刃的創(chuàng)建對(duì)橫刃進(jìn)行修改，螺旋槽收尾，完成結(jié)果如圖所示。圖麻花鉆4有限元數(shù)值分析理論與ansys軟件介紹有限元方法分析過(guò)程概述有限元法的基本思想是：把要分析的連續(xù)體離散化，即將連續(xù)體變換成為有限個(gè)單元所組成的組合體，這些單元體之間只是通過(guò)結(jié)點(diǎn)來(lái)連接和制約。當(dāng)連續(xù)體受到外力作用發(fā)生變形時(shí)，組成它的各個(gè)單元也將發(fā)生變形，因而各個(gè)結(jié)點(diǎn)要產(chǎn)生不同程度的位移，這種位移稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)位移。在有限元中，常以結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量。并對(duì)每個(gè)單元根據(jù)分塊近似的思想，假設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)近似地表示單元內(nèi)位移的分布規(guī)律，再利用力學(xué)理論中的變分原理或其他方法，建立結(jié)點(diǎn)力與位移之問(wèn)的力學(xué)特性關(guān)系，得到一組以結(jié)點(diǎn)位移為未知量的代數(shù)方程，從而求解結(jié)點(diǎn)的位移分量。然后利用插值函數(shù)確定單元集合體上的場(chǎng)函數(shù)。連續(xù)體的離散化首先應(yīng)根據(jù)連續(xù)體的形狀選擇最能完滿地描述連續(xù)體形狀的單元。常見(jiàn)的單元有：桿單元，梁?jiǎn)卧?，三角形單元，矩形單元，四邊形單元，曲邊四邊形單元，四面體單元，六面體單元以及曲面六面體單元等等。其次，進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，單元?jiǎng)澐滞戤吅?，要將全部單元和結(jié)點(diǎn)按一定順序編號(hào)，每個(gè)單元所受的荷載均按靜力等效原理移植到結(jié)點(diǎn)上，并在位移受約束的結(jié)點(diǎn)上根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置約束條件。單元分析建立各個(gè)單元的結(jié)點(diǎn)位移和結(jié)點(diǎn)力之問(wèn)的關(guān)系式。4.1.整體分析3程組，揭示結(jié)點(diǎn)外荷載與結(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，從而用來(lái)求解結(jié)點(diǎn)位移。4.2ANSYS軟件介紹ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一。軟件功能簡(jiǎn)介軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。前處理模塊PREP7雙擊實(shí)用菜單中的“Preprocessor”，進(jìn)入ANSYS的前處理模塊。這個(gè)模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。實(shí)體建模ANSYS程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶定義一個(gè)模型的最高級(jí)圖元，如球、棱柱，稱(chēng)為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶利用這些高級(jí)圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊、球、錐和柱。無(wú)論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運(yùn)算來(lái)組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個(gè)實(shí)體模型。ANSYS程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對(duì)線、面、體、基元的布爾操作能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。ANSYS程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶從最低級(jí)的圖元向上構(gòu)造模型，即：用戶首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。網(wǎng)格劃分ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì)CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。ANSYS程序自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來(lái)的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)。求解模塊SOLUTION前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。點(diǎn)擊快捷工具區(qū)的SAVE_DB將前處理模塊生成的模型存盤(pán)，退出Preprocessor，點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的Solution，進(jìn)入分析求解模塊。在該階段用戶可以定義分析類(lèi)型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步項(xiàng)，然后開(kāi)始有限元求解。ANSYS軟件提供的分析類(lèi)型如下：結(jié)構(gòu)靜力分析用來(lái)求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問(wèn)題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來(lái)求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類(lèi)型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問(wèn)題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。動(dòng)力學(xué)分析ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。熱分析程序可處理熱傳遞的三種基本類(lèi)型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱傳遞的三種類(lèi)型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過(guò)程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。電磁場(chǎng)分析主要用于電磁場(chǎng)問(wèn)題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無(wú)損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。流體動(dòng)力學(xué)分析ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類(lèi)型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過(guò)每個(gè)單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)AC（交流）、DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類(lèi)型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類(lèi)型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析.靜應(yīng)力分析麻花鉆的靜應(yīng)力分析步驟指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇1.file>startNew,”DoNotFile”>OK.2.file>ChangJobName>mahuazuan>yes>OK.3.file>ChangeTitle>”mahuazuan”>OK4.file>changeDirectory“AQE4”5.選取菜單途徑MainMenu>Preference6.單擊Structure選項(xiàng)使之為ON，單擊OK定義單元類(lèi)型1選取菜單途徑Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。2.ElementTypes對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3.單擊Add>LibraryofElementTypes對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。4.在左邊的滾動(dòng)框中單擊“Solid”。5.在右邊的滾動(dòng)框中單擊“10node92”。6.單擊ok。7.單擊ElementTypes對(duì)話框中的Close按鈕。指定材料性能1.選取菜單途徑Preprocessor>MaterialProps>-MaterialModels>-DefineMaterialMaterialModelsBehavior。2.單擊以指定材料號(hào)為1。第二個(gè)對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)structural>-linear>-Elastic>-Isotropic。4.彈“LinearIsotropicPropertiesformaterialNumber1”對(duì)話框。3.輸入EX為。4.輸入PRXY為。5.單擊OK。導(dǎo)入麻花鉆的模型單擊file-import-iges。劃分網(wǎng)格如圖圖網(wǎng)格屬性定義1.Preprocessor>-Meshing>MeshTool,彈出一對(duì)話框，下圖設(shè)置參數(shù)：點(diǎn)擊“Mesh”又彈出一選擇對(duì)話框。點(diǎn)擊”P(pán)ickAll”2.單元?jiǎng)澐滞瓿?，如下圖所示：圖4-2網(wǎng)格示意圖定義約束和載荷定義目標(biāo)載荷:點(diǎn)擊Solution>Lodes>Apply>Structuras>DisPlansment>ONAreas；彈出選擇對(duì)話框，選擇麻花鉆加載面。加載約束，選擇“ALLDOF”點(diǎn)擊OK，如圖所示。圖全方向約束示意圖3.拾取橫刃上的點(diǎn)。如圖4.4.圖橫刃上點(diǎn)的拾取4.給Y，方向,施加3612N的力。5.拾取主切削刃上的點(diǎn)。如圖4.5.圖主切削刃上點(diǎn)的拾取6.在Y方向上施加2535N的力。如圖所示。圖載荷施加示意圖求解及其分析結(jié)果1．Sloution>Solve>CurrentLS，彈出一對(duì)話框>OK.2.求解完成后點(diǎn)擊Close2.GeneralPostroc>PlotResults>ContoursPlot>NodalSolu.彈出如下對(duì)話框，NodalSolution.>Strss>Von>Mises>Strss>點(diǎn)擊OK；結(jié)果如下圖所示：圖麻花鉆等效應(yīng)力分布圖圖4.8X向應(yīng)力分布圖圖4.9Y向應(yīng)力分布圖圖4.10Z向應(yīng)力分布圖保存結(jié)果退出ANSYS對(duì)話框。關(guān)掉ANSYS時(shí)，會(huì)彈出一對(duì)話框，選擇“SaveEverything”>OK。退出分析。模態(tài)分析模態(tài)分析:模態(tài)分析的定義和模態(tài)分析介紹1.振動(dòng)或以特定頻率進(jìn)行振動(dòng)；2.使工程師可以認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)對(duì)于不同類(lèi)型的動(dòng)力載荷是如何響應(yīng)的；3.有助于在其它動(dòng)力分析中估算求解控制參數(shù)（如時(shí)間步長(zhǎng)）4.由于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性決定結(jié)構(gòu)對(duì)于各種動(dòng)力載荷的響應(yīng)情況，所以在準(zhǔn)備進(jìn)行其它動(dòng)力分析之前首先要進(jìn)行模態(tài)分析。在ANSYS中有以下幾種提取模態(tài)的方法：BlockLanczos法，子空間法，PowerDynamics法，縮減法，不對(duì)稱(chēng)法阻尼法。模態(tài)分析中的四個(gè)主要步驟：建模選擇分析類(lèi)型和分析選項(xiàng)施加邊界條件并求解評(píng)價(jià)結(jié)果模態(tài)分析步驟:指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇1.file>startNew,”DoNotFile>NO”>OK。2.file>ChangJobName>MT>yes>OK。3.file>ChangeTitle>”MT”>OK。4.file>changeDirectory“MT”。5.選取菜單途徑MainMenu>Preference；單擊Structure選項(xiàng)使之為ON，單擊OK定義單元類(lèi)型1.選取菜單途徑Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。2.ElementTypes對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3.單擊Add>LibraryofElementTypes對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。4.在左邊的框中單擊“Solid”，在右邊的滾動(dòng)框中單擊“10node45”單擊ok。5.單擊ElementTypes對(duì)話框中的Close按鈕。指定材料性能1.選取菜單途徑Preprocessor>MaterialProps>-MaterialModels>-DefineMaterialMaterialModelsBehavior。2.單擊以指定材料號(hào)為1。第二個(gè)對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)structural>-linear>-Elastic>-Isotropic。3.彈“LinearIsotropicPropertiesformaterialNumber1”對(duì)話框。4.輸入EX為。5.輸入PRXY為。點(diǎn)擊“DENSITY”彈出一對(duì)話框，在DENS輸入7800，單擊OK。導(dǎo)入麻花鉆的模型1.file>import>IGES>”ImportIGESFile”對(duì)話框>OK。指定IGES模型存儲(chǔ)路徑劃分網(wǎng)格1.Preprocessor>-Meshing>MeshTool,彈出一對(duì)話框，如下圖設(shè)置參數(shù)：圖4.11網(wǎng)格劃分設(shè)置點(diǎn)擊“Mesh”又彈出一選擇對(duì)話框。點(diǎn)擊”P(pán)ickAll”單元?jiǎng)澐滞瓿?，如圖所示：圖網(wǎng)格化示意圖3.Plot>Arers.恢復(fù)單元的面積形式的模型，網(wǎng)格劃分完畢。進(jìn)行模態(tài)分析設(shè)置1.Solution>AnaiysisType>NewAnsysis；選擇靜態(tài)分析>ok2.Solution>AnaiysisType>AnalysisOptions，參數(shù)設(shè)置如下：點(diǎn)擊OK，又彈出一對(duì)話框：第二行輸入10000，點(diǎn)擊OKSolution>DefinesLodes>Apply>Structuras>DisPlansment>areas點(diǎn)擊OK。如圖4.13.圖約束定義設(shè)置3.求解查看結(jié)果1.GeneralPostroc>ReadRessults>BySetNumber，在“Scalefactor”一欄輸入想看的階數(shù)，其他參數(shù)選默認(rèn)。2.GeneralPostroc>PoltResults>ConterPolt>NodalSolu，選取“Stress>vonMisesstress,查看應(yīng)力圖,應(yīng)變圖，振型圖。圖4.14一階應(yīng)力示意圖圖4.15二階應(yīng)力示意圖圖三階應(yīng)力示意圖圖4.17四階應(yīng)力示意圖圖一階應(yīng)變示意圖圖二階應(yīng)變示意圖圖三階應(yīng)變示意圖圖四階應(yīng)變示意圖圖一階振型圖圖二階振型圖圖三階振型圖圖四階振型圖圖4.26列表顯示5鉆削過(guò)程的模擬仿真與deform-3d軟件介紹軟件介紹deform-3d軟件簡(jiǎn)介DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過(guò)程，幫助工程師和設(shè)計(jì)人員：設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本。提高工模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本?？s短新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)周期。deform-3d的操作流程（1）導(dǎo)入幾何模型在DEFORM-3Dm/view/37.htm"軟件中，不能直接建立三維幾何模型，必須通過(guò)其他CAD/CAE軟件建模后導(dǎo)入導(dǎo)DEFORM系統(tǒng)中，目前，DEFORM-3D的幾何模型接口格式有:①STL:幾乎所有的CAD軟件都有這個(gè)接口。它由一系列的三角形擬合曲面而成。②UNV:是由SDRC公司(現(xiàn)合并到EDS公司)開(kāi)發(fā)的軟件IDEAS制作的三維實(shí)體造型及有限元網(wǎng)格文件格式，DEFOEM接受其劃分的網(wǎng)格。③PDA:MSC公司的軟件Patran的三維實(shí)體造型及有限元網(wǎng)格文件格式。④AMG:這種格式DEFORM存儲(chǔ)己經(jīng)導(dǎo)入的幾何實(shí)體。（2）網(wǎng)格劃分在DEFORM-3D中，如果用其自身帶的網(wǎng)格剖分程序，只能劃分四面體單元，這主要是為了考慮網(wǎng)格重劃分時(shí)的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面體(磚塊)網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分可以控制網(wǎng)格的密度，使網(wǎng)格的數(shù)量進(jìn)一步減少，有不至于在變形劇烈的部位產(chǎn)生嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變。DEFORM-3D的前處理中網(wǎng)格劃分有兩種方式，一種是用戶指定單元數(shù)量，系統(tǒng)默認(rèn)劃分方式，用戶指定的網(wǎng)格單元數(shù)量只是網(wǎng)格劃分的上限約數(shù)，實(shí)際劃分的網(wǎng)格單元數(shù)量不會(huì)超過(guò)這個(gè)值。用戶可以通過(guò)拖動(dòng)滑塊修改網(wǎng)格單元數(shù)，也可以直接輸入指定數(shù)值，該數(shù)值和系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間有著密切的關(guān)系，該數(shù)值越大，所需要的計(jì)算量越大，計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)。另一種手動(dòng)設(shè)置網(wǎng)格使用的是Detailedsettings下的Absolute方式，該方式允許用戶指定最小或最大的網(wǎng)格尺寸和最大與最小網(wǎng)格尺寸的比值。該值設(shè)置完成在網(wǎng)格單元數(shù)量中可以看到網(wǎng)格的大概數(shù)目，但無(wú)法在那里修改，只能通過(guò)修改最大或最小單元尺寸來(lái)修改網(wǎng)格數(shù)目。（3）初始條件有些加工過(guò)程是在變溫環(huán)境下進(jìn)行的，比如熱軋，在軋制過(guò)程中，工件，模具與周?chē)h(huán)境介質(zhì)之間存在熱交換，工件內(nèi)部因大變形生成的熱量及其傳導(dǎo)都對(duì)產(chǎn)品的成形質(zhì)量產(chǎn)生主要的影響，對(duì)此問(wèn)題，仿真分析應(yīng)按照瞬態(tài)熱一機(jī)禍合處理。DEFORM材料庫(kù)可以提供各個(gè)溫度下材料的特性。（4）材料模型在DEFORM-3D軟件中，用戶可以根據(jù)分析的需要，輸入材料的彈性、塑性、熱物理性能數(shù)據(jù)，如果需要分析熱處理工藝，還可以輸入材料的每一種相得相關(guān)數(shù)據(jù)以及硬化、擴(kuò)散等數(shù)據(jù)。為了更方便的使用戶模擬塑性成形工藝，該軟件提供了100余種材料（包括碳鋼、合金鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等）的塑性性能數(shù)據(jù)，以及多種材料模型。在材料庫(kù)中，對(duì)每一種支持的材料提供了不同溫度和應(yīng)變率下材料流動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變曲線和膨脹系數(shù)，彈性模量，泊松比，熱導(dǎo)率等隨溫度的變化曲線。（5）接觸定義接觸菜單用于定義工件與所有用到的模具之間以及模具之間可能產(chǎn)生的接觸關(guān)系。工件在變形過(guò)程中的溫度，變形量是待求量，工件通常被定義成為可變形接觸體。通常，最簡(jiǎn)單，計(jì)算效率最高的定義是用二維曲線(ZD平面或是軸對(duì)稱(chēng)鍛造)或是三維空間曲面(3D鍛造)描述模具參與接觸部分的外表面輪廓，用剛性接觸體描述。剛性接觸體上只具有常溫，起主動(dòng)傳遞剛體位移或合力作用。如果需要關(guān)心模具的溫度變化，可將模具上所關(guān)心的部分離散成單元(二維平面單元或是三維軸對(duì)稱(chēng)實(shí)體單元)，定義成為允許傳熱的剛性接觸體，分析過(guò)程中，模具既有傳遞位移或合力作用，同時(shí)又有內(nèi)部熱量的傳導(dǎo)和與外界的換熱。實(shí)際鍛造過(guò)程中，模具或多或少都存在變形，當(dāng)要分析模具的溫度和變形時(shí)，可將模具離散成為具有溫度和位移自由度的有限單元，定義成為可變形的接觸體，這會(huì)使計(jì)算的規(guī)模增加，但是分析結(jié)果更加合乎實(shí)際情況。還有一類(lèi)剛性接觸體為對(duì)稱(chēng)面，定義在工件上具有對(duì)稱(chēng)邊界條件位置處，起施加對(duì)稱(chēng)邊界條件的約束作用。定義的對(duì)稱(chēng)剛性平面可以滿足法向的零位移約束和法向零熱流約條件。（6）網(wǎng)格自動(dòng)重新劃分模擬分析過(guò)程中，單元附著在材料上，材料在流動(dòng)過(guò)程中極易使相應(yīng)的單元形狀產(chǎn)生過(guò)度變形導(dǎo)致畸形。單元畸變后可能會(huì)中斷計(jì)算過(guò)程。因此，保證仿真過(guò)程中材料經(jīng)過(guò)較大流動(dòng)后分析仍然可以繼續(xù)，獲得的結(jié)果仍然具有足夠的精度是非常重要的。DEFORM在網(wǎng)格畸變達(dá)到一定程度后會(huì)自動(dòng)重新劃分畸變的網(wǎng)格，生成新的高質(zhì)量網(wǎng)格。對(duì)3D分析，按增量加載頻率或兩組網(wǎng)格重劃其間累積的最大應(yīng)變?cè)隽縼?lái)引導(dǎo)程序自動(dòng)的網(wǎng)格重劃。（7）增加約束DEFORM可以在節(jié)點(diǎn)上增加各個(gè)自由度的約束。（8）后處理DEFORM后處理菜單為用戶提供了直觀方便的評(píng)價(jià)成形過(guò)程，成形產(chǎn)品質(zhì)量，工具損傷的必須信息以及圖片，文本和表格形式提取和保存所需結(jié)果的各種工具。DEFORM支持在加工過(guò)程中以等值線，分布云圖，數(shù)值符號(hào)，色標(biāo)，等值面和切平面矢量等方式顯示各種場(chǎng)變量分布。也可按路徑顯示或歷程顯示分析結(jié)果。顯示結(jié)果能夠借助于色調(diào)，光照和渲染產(chǎn)生出具有逼真效果的圖形。也可利用分析結(jié)果制作動(dòng)畫(huà)和電影。用戶利用這些提取各種體成形分析結(jié)果工具，足以獲得設(shè)計(jì)產(chǎn)品加工工藝所關(guān)注的全部信息。這對(duì)設(shè)計(jì)人員充分了解設(shè)計(jì)工藝及其實(shí)施的可行性是大有裨益的。一旦模具設(shè)計(jì)和初始坯料形狀尺寸不合理，從分析結(jié)果中可顯示出材料流動(dòng)受阻后可能出現(xiàn)的開(kāi)裂或是重疊，從歷程顯示可以提取模具成形力隨行程的變化曲線，是一個(gè)從設(shè)備加工能力，設(shè)備消耗角度來(lái)設(shè)計(jì)加工工藝的必須指標(biāo)。在后處理界面中顯示工件流動(dòng)過(guò)程中應(yīng)力，應(yīng)變，應(yīng)變率和溫度的分布變化，幫助工藝設(shè)計(jì)師評(píng)定工件的加工質(zhì)量。其中的局部加工硬化，應(yīng)力集中，高應(yīng)力梯度，工件模具的接觸壓力等結(jié)果，可以評(píng)定成形產(chǎn)品的質(zhì)量好壞的控制因素。鉆削過(guò)程仿真從該軟件的道具庫(kù)中選擇半徑為5mm的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，刀具材料選擇高速鋼。Cuttingspread=20m/min,Feedrate=/r,轉(zhuǎn)速選擇320r/min。工件材料選擇中碳鋼。由于是從刀具庫(kù)中直接選擇刀具，所以該仿真步驟省略。鉆削過(guò)程的模擬，鉆削過(guò)程中X,Y,Z，方向的受力變化，溫度變化的模擬等以動(dòng)畫(huà)形式附在說(shuō)明書(shū)。下面選擇個(gè)別步驟分析。Step1X方向受力Step50X方向受力Step100X方向受力Step150X方向受力Step200X方向受力step1Y方向受力step50Y方向受力step100Y方向受力step150Y方向受力step200Y方向受力step1Z方向受力與應(yīng)力變化step20Z方向受力與應(yīng)力變化step70Z方向受力與應(yīng)力變化step190Z方向受力與應(yīng)力變化step241Z方向受力與應(yīng)力變化鉆削過(guò)程中的溫度變化step1溫度變化step90溫度變化step180溫度變化step204溫度變化step237溫度變化step271溫度變化致謝在這將近4個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)旅程中，我收獲了很多知識(shí)、技能，也提高了自己的動(dòng)手分析、解決問(wèn)題的能力，為我以后邁入社會(huì)參加工作增添了更多的自信。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的熱切關(guān)懷下，在老師的悉心指導(dǎo)下，在其他同學(xué)無(wú)私的幫助下，我完成了自己的本科畢業(yè)論文，給四年大學(xué)生涯畫(huà)上了一個(gè)圓滿的句點(diǎn)。這其中有酸、有苦、有甜，在畢業(yè)前夕我感慨萬(wàn)千。感謝學(xué)院老師們一直以來(lái)給予我的諄諄教誨，特別感謝候紅玲老師在我畢業(yè)論文上的細(xì)致指導(dǎo)和辛勤付出，在我困惑的時(shí)候?yàn)槲夷托牡亟獯穑灰哺兄x其他支持和幫助過(guò)我的人。參考文獻(xiàn)[1]薛風(fēng)先、胡任喜、康士延［機(jī)械與結(jié)構(gòu)的有限元分析］機(jī)械工業(yè)出版社2010年3月[2]張應(yīng)遷、張洪才［ANSYS有限元分析從入門(mén)到精通］人民郵電出版社2010年7月[3]龔曙光［ANSYS基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析］機(jī)械工業(yè)出版社2004年1月[4]鐘日銘［Pro/ENGINEER基礎(chǔ)入門(mén)與范例解析］清華大學(xué)出版社2010年3月[5]王健石［機(jī)械加工常用刀具數(shù)據(jù)速查手冊(cè)］機(jī)械工業(yè)出版社2009年9月[6]楊榮富、董申［金屬切削原理］機(jī)械工業(yè)出版社1988年3月[7]華楚生［機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)］重慶大學(xué)出版社2000年7月[8]謝大綱、趙清亮、袁哲俊、盧政君［麻花鉆剛度的有限元分析］上?？萍汲霭嫔?003年9月[9]李珊、王磊［基于UG的麻花鉆三維建模研究］昆明理工大學(xué)2006年9月[10]楊軍、周利平［基于DEFORM-3D的鉆削力仿真研究］西華大學(xué)2003年2月[11]韓榮第、楊昌琪、吳健［麻花鉆的數(shù)學(xué)建模及鉆削過(guò)程有限元分析］哈爾濱工業(yè)大學(xué)2001年3月[12]BingLi、XiaopingHu、HaoWang［Analysisandsimulationforparalleldrillpointgrinder］IntJAdvManuftechnol28February2005[13]EyupBagci、BabarOzcelik［Effectsofdifferentcoolingconditionsontwistdrilltemperature］IntJAdvManuftechnolNovember2006[14]劉洪文［材料力學(xué)］高等教育出版社2004年1月[15]哈爾濱理論力學(xué)教研室［理論力學(xué)］高等教育出版社1961年7月外文文獻(xiàn)譯文EffectsofDifferentCoolingConditionsonTwistDrillTemperatureEyupBagci&BaburOzcelikAbstract:Inthepast,manyresearchershavestudiedweardevelopedondrillingtoolsmainlyduetothehightemperaturesgeneratedwhichacceleratethermallyrelatedwearmechanismsandtherebyreducingtoollife.Thispaperdealswithanexperimentalinvestigationontheeffectofaninternalcoolantapproach(fordifferentairpressure)ondrillbittemperature,comparingitwithanexternalcoolantapproachanddrycutting.Drilltemperaturesweremeasuredbyinsertingstandardthermocouplesthroughthecoolantoil)holeof-coatedcarbidedrills.ExperimentalstudieshavebeenconductedusingAl2014alloymaterials.Inthedrillingtests,cuttingconditionshaddifferentspindlespeeds,coolantapproachesandfeedratevalues.ThesethingsofdrillingparametersweredeterminedbyusingtheTaguchiexperimentaldesignmethod.Keywords:Drillbittemperature.Externalandinternalcoolant1IntroductionThetemperaturegeneratedduringcutoperationisoneofthemostimportantmachiningprocessesoperationsismainlyinfluencedbythepropertiesofandtoolThedrillingthathasbeenwidelyusedinthemanufacturingarea.Inmanycases,hightemperaturewasalimitingfactorofthedrillingtoolefficiency.Therefore,themostsuitabledrillingparametersmustbeselected.Thedrillingtoolhastowithstandextremeenvironmentswhichincludehightemperaturesfrictionalforcesandlargemechanicalandthermalloadsindry.Asignificantnumberofexperimental,analytical,andnumericalmethodshavebeendevelopedtodeterminethetemperaturesthatexistduringthecuttingprocess.Studiestomeasureorpredictthetemperatureduringthedrillingprocessincludeexaminingtheeffectofthedifferenttoolcoatings[1],thecuttingedgesofadrill[2],thediameterandofdrydrilledholes[3[4],andanalyticalmodelsfortwistdrillofexperimentalandanalytical[6],onholequalityunderl[5]forcomparison],usingamodelforpredictingtheheatflowintotheindrydrilling,dryandwetdrillingconditions[7],andusingnumericalanalysis[8].Areviewofmethodsisavailabletomeasurethetemperaturebetweencuttingtool,andwithcuttingtoolandchip.Thesemethodsaredetailedintheliterature[9–11].Duringthedrillingprocess,themostimportantfactoraffectingthecuttingtoolperformanceandpropertiesiscuttingtemperaturethatemergesbetweendrillbitandchip.Thecuttingtemperaturedirectlyinfluencesholequality(holediameter,perpendicularityandsurfaceroughness,andtoolwear.Experimentalandnumericalinvestigationofthetemperaturechangesthatoccuronthecuttingtoolduringthematerialremovalprocessesisatraditionalconcern.Recently,workstocalculatethecuttingtemperaturebyusingFEMhavebeenalsoconducted.Chen[12]hasdevelopeda3Dfiniteelementmodeltocomputethetemperaturedistributionthatmaytakeplaceatthefirstcuttingedgeofthedrillingtoolandalongtheflankface.[13]calculatedthetemperaturedistributionontheconventionaldrillduringthecuttingprocessbymeansof3DFEM.Inthisstudy,theeffectsofcuttingdepth,cuttingspeed,webthickness,andhelixangleontheacomparisonbetweenexperimentalandanalyticalresults.Ontheotherhand,andStephenson[14]havedescribedamodelforcalculatingtransientandsteady-statedrilltemperaturesfordrillwitharbitrarygeometries.Theyhaveadditionallycomparedtheanalyticalresultsacquiredtotheexperimentalonesgatheredbyimplementingweldedthermocoupleandthinwirethermo-junctionmethods.Despitesignificantexperimentalworkonturningandgrindingoperationsintheliteraturethereislittleworkdirectedtowardscalculatingdrilltemperature.Bono[2–4]developedamodelforpredictingtheheatflowintotheandinvestigatedtheinfluenceoftheheatthatemergesonholediameterandindrydrilling.Finally,hehaspresentedacomparisonbetweennumericalandexperimentalresults.Valuesforvariousfeedratesandspindlespeedsweredetermined.BagciandOzcelik[16–19]haveexperimentallycomputedthebittemperaturedistributionoftwistdrillstoexplainthermalphenomenaduringthedrydrillingprocess.heyalsohaveproposedacomparisonbetweenTandfiniteelementanalysis(FEA)results.etal.[20]investigatedtheeffectofcoatingsandcuttingparametersonthedrillingtemperaturesfordrydrillingofaluminumalloys.Intheirwork,thedrillingtemperaturewasmeasuredusingthermocouplesandtheinfraredpyrometertechnique.Thispaperdealswithanexperimentalinvestigationontheeffectofaninternalcoolantapproach(Fig.1bfordifferentairpressure)ondrillbittemperature,comparingitwithanexternalcoolant(Fig.1a2Taguchiexperiment:designandanalysis2.1TaguchimethodsEssentially,traditionalexperimentaldesignproceduresaretoocomplicatedanddifficulttouse.Alargenumberofexperimentalproblem,theTaguchimethodusesaspecialdesignofmustbecarriedoutwhenthenumberofprocessparametersincreases.arraystostudytheentireparameterspacewithonlyasmallnumberofexperiments.TaguchiisthedeveloperoftheTaguchimethod[21].TheTaguchimethod(orthogonalarray)hasbeenwidelyutilizedinengineeringanalysisandconsistsofaplanofexperimentswiththeobjectiveofacquiringdatainacontrolledwayinordertoobtaininformationabouttheofagivenprocess.Thegreatestadvantageofthismethodistosavetheeffortofconductingexperiments,i.e.tosavetheexperimentaltime,toreducethecost,andtofindoutsignificantfactorsfast.TheTaguchirobustdesignmethodisapowerfultoolforthedesignofahigh-qualitysystem.Heconsideredthreestepsinprocessandproductdevelopment:systemdesign,parameterdesign,andtolerancedesign.Insystemdesign,theengineerusesscientificandengineeringprinciplestodeterminethefundamentalconfiguration.Intheparameterdesignstep,thespecificvaluesforsystemparametersaredetermined.Tolerancedesignisusedtodeterminethebesttolerancesfortheparameters[22].2.2PlanofexperimentsTaguchimethods,whichcombineexperimentdesigntheoryandthequalitylossfunctionconcept,havebeenusedindevelopingrobustdesignsofproductsandprocessesandinsolvingsomeconfusingproblemsofmanufacturing.TheorthogonalarrayselectedwasL4(23)consistingoffourrowsandthreecolumnswhereeachrowcorrespondstoaparticularexperiment(treatmentcombination)andeachcolumnidentifiessettingsofdesignparametersasfollowsinTable1:Inthefirstrun,forexample,thethreedesignvariablesaresetattheirlowlevel(level=1);whileinthesecondrun,thefirstparameterissetatlevel1andtheremainingtwovariablesthecoatedtwistdrilltool.Forthepurposeofaresettohighlevel(level=2),andsoon.Theoutputstudiedwasdrillbittemperature(T)inobservingthedegreeofi