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現(xiàn)如今，國內(nèi)外學者對擠壓-犁削刀具如何散熱這一問題給予了高度關注。熱管是通過液體的蒸發(fā)和凝結來傳遞熱量的，目前，微小型熱管在各個領域得到了廣泛運用。梁良、全燕鳴對熱管刀具的設計和散熱性能進行了測試，訾克明、陳勁松對熱管技術在高速干切削加工中的應用進行了研究，劉志軍、全燕鳴對熱管銑刀散熱的基本結構和關鍵參數(shù)進行了優(yōu)化，周小青、孫濤、杜冬東、馬飛對ABAQUS旋轉熱管磨具進行了有限元分析。這些研究為微熱管技術的發(fā)展奠定了基礎。
根據(jù)得出點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(nèi)很小的單元，然后通過節(jié)點銜接每個單元和單元與邊界。②建立整體剛度矩陣，構建整體平衡方程。③根據(jù)單元在全局坐標系中的位置，通過排列疊加，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(jié)點載荷列陣組進行集成，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(jié)點的平衡方程。在單個節(jié)點受力平衡的基礎上，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，因為單齒刀具的前刀面是對稱分布的，所以在反向作用力下的前刀面會使工件前面出現(xiàn)塑性變形。根據(jù)阻力最小原理，此刻在前刀面的交匯處，即中間切削刃出現(xiàn)的金屬流動會發(fā)生干涉現(xiàn)象，而中間切削刃從中將金屬切開分流是避免這一現(xiàn)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，截取一個齒作為分析對象，并導入到Ansys Workbench中進行分析。
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(jù)材料屬性，在Engineering Data中修改了材料相應的屬性，如圖所示。
自動劃分網(wǎng)格主要是根據(jù)實體的幾何性自動檢測，對于那些可以自動掃掠的實體，就進行六面體網(wǎng)格劃分。使用六面體網(wǎng)格劃分方法可以減少單元的數(shù)量，提高運算效率。掃掠網(wǎng)格時，要在某個指定的方向上進行，然后生成六面體或棱柱單元。掃掠網(wǎng)格對實體的要求比較嚴格，要求實體在某一個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，按犁削條件最惡劣的情況（Fx，F(xiàn)z集中作用于切削刃部分）158 MPa進行模擬加載。加載時，在刀齒內(nèi)部施加固定約束力。
通過對實際擠壓-犁削過程的有限元分析，得出了如下三個結論：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驗中，刃部并沒有發(fā)生大的塑性變形，變形量也沒有超出范圍，說明犁削力不會影響加工精度，刀齒不會產(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，為進一步改進刀具提供了理論依據(jù)。
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