铣刀有限元分析

铣刀有限元分析

分析概述：

采用ANSYS Workbench 15.0对铣刀模型进行静力学强度分析和稳态温度场分析，分析结果表明铣刀在实际工作中，满足材料的强度要求，同时得到了铣刀稳态温度场分布。

铣刀模型为外部三维软件建立，导入Workbench中进行建模分析，模型如下所示

有限元模型建立：

导入几何模型以后，需要建立有限元网格模型，首先进行材料建立，其铣刀材料为选用硬质合金YT15，该材料具备高的硬度和耐磨性、高的强度和韧性、耐热性，材料参数如下所示：

表1 材料参数

性能指标参数

密度（g/cm^3）14.7

弹性模量（GPa）600

泊松比0.33完成材料定义以后，进行网格划分，由于刀具的几何形状复杂，所以采用四面体网格进行划分，有限元网格模型如下图所示，其中刀头部分为重要分析部分，也是应力变化较大区域，所以对刀头部分进行了局部的网格加密。最终网格总数为7477，节点总数为14580

载荷与约束：

对铣刀端部进行施加约束，轴向、径向和切向的位移都为零，而旋转自由度Mx和Mz 均为零，My是铣刀的旋转方向，是唯一没有固定的约束，但由于转速恒定，所以可以认为该方向也是固定的，即对铣刀端部进行全约束，如下所示

在铣削过程中，铣刀所受到的切削力被平均分配到几个刀刃上，以均布载荷的形式平均

分配，最终的载荷加载如下所示

强度计算结果：

刀具的位移云图、等效应变云图和等效应力云图分别如下所示。

稳态热分析：

铣刀在工作过程中，铣刀告诉旋转下与工件产生较大摩擦，会产生较高温度，而这温度主要是通过与工件直接接触的刀刃传递至道身等其他区域，所以可以在刀刃上施加温度载荷，来模拟摩擦产生的热源，进行刀具的稳态热分析，查看最终情况下，刀具整体的温度分析情况。

刀刃上热源加载情况如下，加载500°温度载荷，为刀具工作时候，工件表面的温度。

由于刀具和空气接触，则会与空气之间产生对流换热现象，而且刀具是告诉旋转的，属于强制对流换热，参考相关资料可知，此时对流换热系数为80W/（m^2*C），对流换热加载情况如下所示

在上述温度边界条件下，稳态温度场如下所示。