畢業(yè)設計（論文）金剛石砂輪設計

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1、畢業(yè)設計(論文) 畢業(yè)設計報告 課題：金剛石砂輪的修正 系 部：機電工程系 專 業(yè)：機電一體化 班 級：高機電033 姓 名： 學 號：11 指導老師： 2007．5 目錄 摘要 ----------------------------------------------3 第一章 序言 --------------------------

2、-----------3 1.2 激光修整超硬磨料砂輪的原理-----------3 1.3 激光修整金剛石砂輪的試驗-------------4 1.4 激光修銳后砂輪表面的微觀形貌---------5 1.5 有限元計算條件-----------------------------------7 第二章 有限元熱分析原理的簡介--------------------8 2.1.3 偶合場分析 ----------------------8 2.2 熱分析的基礎知識 -------------------------------- 11 2.3瞬態(tài)熱分析------

3、-------------------- 11 第三章 有限元分析的步驟 --------------------- 15 3.1：定義單元類型 ------------------------------- 15 3.2：定義材料性能參數(shù) ---------------------------15 3.3：建立模型 ---------------------------------------16 3.4：劃分網(wǎng)格 --------------------------------------- 18 3.5：加載求解 ---------------------------

4、--------------20 3.6：查看計算結(jié)果 ---------------------------------25 第四章 結(jié) 論 --------------------------- -----27 結(jié)束語 -----------------------------------------28 謝辭 -------------------------------------------29 參考文獻 -----------------------------------------30 摘要 目前，金剛石砂輪在陶瓷或其他超硬材料的加工中

5、已得到了普遍的應用，特別是在精密磨削中，呈現(xiàn)出加工精度高、速度快、磨輪使用壽命長等優(yōu)點。金屬和樹脂結(jié)合劑砂輪由于結(jié)合劑強度高，有利于提高磨削速度，在應用中占有重要的地位。 使用金剛石砂輪加工有許多優(yōu)點，但金剛石砂輪的自銳性能較普通砂輪差，又加上金剛石的高硬度，使得金剛石砂輪的修整比較困難。 光學曲面磨床上的金剛石砂輪不允許有任何形式的冷卻液。而傳統(tǒng)的金剛石工具修整法、普通砂輪修整法、散粒磨料修整法、都需要冷卻液；而電解修整法、電火花修整法，也都是在工作液中進行的。所以它們都不能適用于無工作液的情形。而激光修整法，由于不需要冷卻液而成為可選擇的方法。 第一章 序言 1.2 激

6、光修整超硬磨料砂輪的原理 激光加工具有高功率密度、高注入速度、高加工效率、無工具損耗、非接觸、易控制和無公害等特點。利用光學系統(tǒng)把激光束聚焦成極小的光斑作用于砂輪表面，理論上光的功率密度可達到~W/可在極短的時間內(nèi)使砂輪局部表面的材料熔化或氣化，以達到修整目的.如激光功率密度足夠高，可同時去除砂輪表面的金剛石磨粒和結(jié)合劑材料，達到砂輪整形的目的。金剛石磨料與結(jié)合劑材料的光學和熱物理性能相差較大，激光照射在砂輪表面時，金剛石對激光的吸收率一般在0.1~0.3之間，而黃銅、鑄鐵等金屬結(jié)合劑對激光的實際吸收率在0．7以上，樹脂結(jié)合劑激光吸收率可達0．9以上。所以砂輪的結(jié)合劑要比金剛石磨粒吸收更多的

7、激光能量。此外，金剛石的熱導率是146W／(m℃)，分別是黃銅和樹脂結(jié)合劑的3倍和350倍，其熱擴散率是82，分別是黃銅和樹脂結(jié)合劑的5倍和400倍，金剛石的熔點是3700～4000℃ ，遠遠高于結(jié)合劑材料。因此，通過控制激光參數(shù)可選擇性地去除砂輪表面的結(jié)合劑材料，而不損傷金剛石磨粒，使砂輪表面具有一定的磨粒突出高度和容屑空間，達到修銳砂輪的目的。 1.3 激光修整金剛石砂輪的試驗 實驗在多功能激光加工機上進行，采用HJ-3000橫流激光器，額定輸出功率3kw，機床為單臂懸梁式結(jié)構(gòu)，西門子802C數(shù)控控制，4軸3聯(lián)動。分別對黃銅和樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪進行激光修整試驗。利用VH一800三維數(shù)

8、字顯微鏡觀察激光作用前后金剛石砂輪表面的微觀形貌。激光掃描過程中若能量密度過大會引起結(jié)合劑過熔而削弱結(jié)合劑對磨料的把持能力，同時還會對金剛石產(chǎn)生不利影響；若能量密度過小則不能熔化結(jié)合劑，起不到修整的作用。因此合理確定激光功率、掃描速度及焦點高度等基本參數(shù)對修整效果非常關鍵。設激光光斑直徑為d(mm)，掃描速度為(mm/min)，功率為P(W)，則單位掃描面積上的平均能量E 可表達為 對于給定的結(jié)合劑材料，根據(jù)上面的分析可知，E必須在某個相應的范圍內(nèi)取值，即存在上下限。激光功率、掃描速度及焦點高度(影響激光光斑直徑)最終通過式(1)對修銳效果綜合產(chǎn)生影響。激光修銳砂輪時，激光束垂直作用于砂

9、輪表面，通過數(shù)控系統(tǒng)控制砂輪的切向進給運動速度，激光器控制激光輸出功率，砂輪表面離光束焦點的距離為2mm。試驗裝置實物照片如圖1所示。 1.4 激光修銳后砂輪表面的微觀形貌 樹脂結(jié)合劑、黃銅結(jié)合劑金剛石砂輪磨損后的表面形貌分別見圖2、圖3。 金剛石砂輪磨損形式主要表現(xiàn)為磨粒脫落、破碎和磨耗，砂輪表面的有效磨粒數(shù)減少，磨粒突出高度和容屑空間減少。經(jīng)過修銳后的樹脂結(jié)合劑、黃銅結(jié)合劑金剛石砂輪表面的微觀形貌分別見圖4、圖5。 一 從圖中可看出，單顆金剛石磨粒形狀完整，未產(chǎn)生損傷。樹脂結(jié)合劑是高分子材料，沒有固定熔點，在激光作用下表面局部溫度遠遠超過其分解溫度350℃

10、 ，樹脂材料以氣化形式被去除，去除量均勻。對于黃銅結(jié)合劑而言，當材料表面溫度升到稍低于其蒸發(fā)溫度時，固態(tài)金屬首先熔化，繼而出現(xiàn)氣相，金屬蒸氣攜液相一起噴出。金屬氣化后，激光仍繼續(xù)提供能量，而金屬蒸氣比固態(tài)金屬吸收更多的激光能量，使照射區(qū)域的底部形成更強烈的金屬噴射和飛濺。激光作用停止后，部分濺出的液相金屬形成再結(jié)晶的球狀物附著在砂輪表面，熔化而未濺出的液相金屬在凹坑周圍形成再結(jié)晶層。修銳后的砂輪表面具有較大的磨粒突出高度和容屑空間。 1.5 有限元計算條件 由于砂輪是一種非均質(zhì)多相的各相異性的復合材料，并且砂 內(nèi)各點的屬性隨溫度變化而變化，因此要對砂輪體內(nèi)的每一點的屬性作出計算，其計

11、算量和難度都相當大。麥克斯韋研究了兩相混合物的導熱系數(shù)的計算表達式 上式中的為金剛石砂輪混合物的導熱系數(shù)；x=為樹脂結(jié)合劑或金屬結(jié)合劑導熱系數(shù)與金剛石砂輪磨粒導熱系數(shù)之比；為金剛石磨粒的體積分數(shù)。另外科伯-奈曼定律給出了兩混合物的比熱容的計算公式為 式中的是A相金屬的比熱容，質(zhì)量分數(shù)為M；是B相屬比熱容，質(zhì)量分數(shù)為N。 邊界條件的處理如下：激光輔助機械修整金剛石砂輪相 在其上施加一個局部瞬時熱源，熱流密度為，P為激光功率，D為光班直徑，作用時間為D/V；工作出使溫度溫度為砂輪周圍環(huán)境溫度25；對流換熱系數(shù)為200；其他計算條件如下圖所示。

12、 表1 激光輔助機械修整金剛石砂輪的條件 Characteristics Parameters Diamondwheel 1A1/T2 100x10x20x4RVD150 M75 Speed of wheel/(mm/s) 6 Power of continuous laser/W 55 Distance from laser focus

13、/mm +2 表2 聚酰亞胺和金剛石的熱物理特性 Polyimide Diamond Density /(g/) 1.38 3.48~3.56 Thermal conductivity /[W/(m.K)] 0.35~0.95 146 Specific heat /[J/(kg.K)]

14、 1130~1297 509 Melting point / 250~400 3700~4000 有以上的公式和砂輪的材料性能參數(shù)可以得到砂輪的密度為2.985g/,熱系數(shù)為6.2 W/(m.K)；比熱容為464.13 J/(kg.K)其熱流密度為1100Kw/ 。 第二章 有限元熱分析原理的簡介 2.1.3 偶合場分析 ANSYS不僅能解決純粹的熱分析問題，還能解決與熱相關的其他諸多問題，如熱——應力、熱——電、熱——磁等。我們稱這類涉及兩個或多個物理場相

15、互作用的問題為偶合場分析。ANSYS提供了兩種分析偶合場的方法：直接偶合和間接偶合。 1.1.1 直接偶合法 直接偶合解法的偶合單元包含所以必須的自由度，僅僅通過一次求解就能得出偶合場分析結(jié)果。這種方法實際上是通過計算包含所以必須項的單元矩陣或單元載荷向量來實現(xiàn)的。 下面列出了所以與熱分析相關的偶合場單元。 PLANE 13 維度：2-D 偶合場：熱——應力 節(jié)點數(shù)：4 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移、電勢、矢量磁位 CONTACT 48 維度：2-D 偶合場：熱——應力 節(jié)點數(shù)：3 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移

16、 CONTACT 49 維度：3-D 偶合場：熱——應力 節(jié)點數(shù)：5 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移 FLUID 66 維度：3-D 偶合場：熱——流體 節(jié)點數(shù)：2或4 自由度：溫度、壓力 FLUID 116 維度：3-D 偶合場：熱——流體 節(jié)點數(shù)：2或4 自由度：溫度、壓力 SOLID 5 維度：3D 偶合場：熱——應力、熱——電 節(jié)點數(shù)：8 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移、電勢、磁標勢 SOLID 98

17、 維度：3-D 偶合場：熱——應力、熱——電 節(jié)點數(shù)：10 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移、電勢、矢量磁位 PLANE 67 維度：2-D 偶合場：熱——電 節(jié)點數(shù)：4 自由度：溫度、電勢 LINK 68 維度：3-D 偶合場：熱——電 節(jié)點數(shù)：2 自由度：溫度、電勢 SOLID 69 維度：3-D 偶合場：熱——電 節(jié)點數(shù)：8 自由度：溫度、電勢 SHELL 157 維度：3-D 偶合場：熱——電 節(jié)電數(shù)：4 自由度：溫度、電勢 間接偶合 間接

18、偶合法又稱序貫偶合法，通過把第一次場分析的結(jié)果作為第二次場分析的載荷來實現(xiàn)兩種場的偶合。例如熱——應力偶合分析是將熱分析得到的接點溫度作為載荷施加在后序的應力分析中來實現(xiàn)偶合的。 圖1-5為間接偶合法數(shù)據(jù)流圖，先進行分析1的計算，產(chǎn)生的結(jié)果文件1。然后將其載入到分析2中，進行計算后，最后形成結(jié)果文件2。 分析2 分析1 結(jié)果文件1 結(jié)果文件2

19、 2.2 熱分析的基礎知識 2.2.1 三種基本傳熱方式 傳導 當物體內(nèi)部存在溫度差時，熱量將從高溫部分傳遞到低溫部分；而且不同溫度的物體相互接觸時熱量會從高溫物體傳遞到低溫物體。這種熱量傳遞的方式稱為熱傳導。 對流 對流是指溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對運動所引起的熱量傳遞方式。高溫物體表面常常發(fā)生對流現(xiàn)象。這是因為高溫表面附近的空氣因受熱而膨脹，密度降低并向上流動。與此同時，密度較大的冷空氣將下降并代替原來的受熱空氣。 輻射 與傳導和對

20、流不同，熱輻射是通過電磁波的方式傳遞能量的過程。輻射不需要物體之間的直接接觸，也不需要任何中間介質(zhì)。 同一物體，溫度不同時的熱輻射能力不一樣，溫度相同的不同物體的熱輻射能力也不一樣。同一溫度下黑體的熱輻射能力最強。 自然界中的任何物體都在不斷地向周圍空間發(fā)射輻射能，并吸收來自空間其他物體的輻射能。這種輻射和吸收過程的綜合作用便形成了輻射換熱過程。 2.2.2熱分析基本材料屬性 用ANSYS進行熱分析時，需要給出每一實體材料屬性。與熱分析直接相關的屬性包括：熱傳導率、比熱容，焓、對流換熱系數(shù)、輻射系數(shù)、生熱率。 比熱容 比熱容是指單位質(zhì)量的物質(zhì)每升高（或降低）1C所吸收（或放出）的熱

21、量。單位為J/Kg.C) 焓 焓的定義式為： H=U+PV 式中，H為焓，U為內(nèi)能，P、V分別為壓力和溫度。 生熱率 生熱率既可用作材料屬性賦予材料，又可用作體載荷施加到單元上，用以模擬化學反應生熱或電流生熱，其單位是單位體積的熱流率。 2.3瞬態(tài)熱分析 2.3.1 瞬態(tài)熱分析的應用 溫度場隨時間而發(fā)生變化的傳熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)傳熱。實際上，無論是在自然界還是在工程中，絕大部分傳熱過程都是非穩(wěn)態(tài)傳熱。這類傳熱按照其過程進行的特點，可分為周期性傳熱和非周期性傳熱兩種。在周期性傳熱過程中，導熱物體內(nèi)的溫度以一定的規(guī)律，隨時間周期性變化。如自然界大地表層土壤

22、在一晝夜和一年四季中，它的溫度場都是周期性變化的。又如在穩(wěn)定情況下運行中的往復式熱機，汽缸壁內(nèi)的導熱也是周期性的。而在非周期性的傳熱過程中物體內(nèi)的溫度隨著時間的不斷升高或降低，并在經(jīng)歷相當長時間后逐漸趨于周期介質(zhì)的溫度而最終達到平衡。這類傳熱過程又稱為瞬態(tài)傳熱。如熱力機械的啟動過程和挺機過程，各種熱處理過程中的工件被加熱或被冷卻時，都是瞬態(tài)傳熱。 2.3.2瞬態(tài)熱分析的基本步驟 ANSYS瞬態(tài)熱分析的基本步驟包括構(gòu)件模型、施加載荷、求解與后處理。 構(gòu)建模型 模型的夠建步驟如下所示： （1） 確定作業(yè)名，標題與單位 （2） 進入Preprocessor前處理。 （3） 設置單元類型

23、，設置單元選項，定義單元實常數(shù)； （4） 設置材料屬性。 （5） 創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格。 施加載荷計算 定義分析類型 若進行新的瞬態(tài)熱分析 GUI：Main Menu/Solution/AnslysisType/Transient 若接著上次的計算繼續(xù)進行分析 GUI：Main Menu/Solution/AnslysisType/Restart 設置熱分析的初始條件 1． 設置均勻溫度場 如果已知模型的初始溫度是均勻的，可設定所以的節(jié)點的初始溫度值。 點擊Main Menu/Solution/Loads-Setting/Uniform Temp。 2.

24、設置參考溫度 定義參考溫度是用于熱應變的計算，熱應變在數(shù)值上等于a*(T-TREF),其中a為熱膨脹系數(shù)，TREF為參考溫度。參考溫度值默認為零，但可通過如下方式進行設定： GUI: Main Menu/Solution/Loads-Setting/Reference Temp,用于輸入?yún)⒖紲囟戎怠? 2． 設置節(jié)點溫度 節(jié)點溫度的設定則可以按如下方法進行： GUI: Main Menu/Solution/Loads-Apply/Thermal-Temperature/On node.按GUI的方式操作，將出現(xiàn)如圖4-5所示的畫面。若節(jié)點溫度值設為常數(shù)，則該節(jié)點的溫度在整個瞬態(tài)熱分析過

25、程中將保持不變。當然，節(jié)點的溫度也可以通過現(xiàn)存的表格（Existing Table）或新建表格（New Table）的方式進行設定。 3． 設置節(jié)點初始溫度 在瞬態(tài)熱分析中，若節(jié)點溫度的初始值是已知的，則可通過如下方法進行設定：Main Menu/Solution/Loads-Apply/Initial Conditn/Define,GUI方式操作，選中欲施加初始溫度值的節(jié)點后，將出現(xiàn)如圖4-6所示的畫面，在圖4-6中，從DOF to be specified下拉列表中選擇Temp，并Initil value of DOF文本框中輸入一定的溫度值，然后點擊OK確定，即可定義所選節(jié)點的初始溫

26、度值。 4． 通過穩(wěn)態(tài)熱分析獲取初始溫度基本參數(shù) 如果初始溫度場是不均勻的且又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析建立初始條件： 設定載荷（如已知的溫度、熱對流等） 寫入載荷步文件： GUI:Main Menu/Preprocessor/Loads/Write LS File 或先求解：Main Menu/Solution/Solve/Current LS 求解 在對一個瞬態(tài)熱分析問題進行求解時，與穩(wěn)態(tài)熱分析類似，通常也需要指定一些關鍵的載荷步選項。其中包括：Time/Frequenc選項、非線性選項以及輸出選項。 （1） Time/Frequenc選項 指定載荷步的結(jié)束時

27、間： GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 設置載荷步的載荷子步數(shù)（或時間增量） 對于非線性分析，每個載荷步需要多個載荷子步。時間步長的大小關系到計算的精度。步長越小，計算精度越高，同時計算的時間越長。GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 設置Stepped選項與Ramped選項 如果載荷在這個載荷步是恒定的，需要設為Stepped選項；如果載荷值隨著時間線性變化，則要設定為Ramped選項。GUI:Men

28、u/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 自動時間步長：本選項為ON時，在求解過程中將自動調(diào)整時間步長。GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 時間積分效果：如果將此選項設定為OFF，將進行熱穩(wěn)態(tài)分析。GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time Integration （1） 非線性選項 若點擊GUI:Menu/Solution/Load Step Opts

29、-Nonlinear,將出現(xiàn)如圖3-3所示的非線性選項對話框。 （2） 求解 GUI:Menu/Solution/Current LS 后處理 對于瞬態(tài)熱分析問題，ANSYS提供了兩種后處理方式，POST1和POST26。 POST1用于對整個模型在某一載荷步（時間點）的結(jié)果進行后處理：GUI：Main Menu/General Postproc （1） 用POST1進行后處理 進入POST1后，可以讀取某一時間點的結(jié)果：GUI：Main Menu/General Postproc/Read Results/By Time/Freq 如果設定的時間點不

30、在任何一個子步的時間帶點上，ANSYS會進行線性插值。 此外還可以讀取某一載荷步的結(jié)果：GUI：Main Menu/General Postproc/Read Results/By Load Step 然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類似的方法，對結(jié)果進行彩色云圖顯示、適量圖顯示、打印列表等后處理。 （2） 用POST26進行后處理 首先要定義變量：GUI：Main Menu/TimeHist Postproc/Define Variables 或列表輸出：GUI：Main Menu/TimeHist Postproc/List Variables 第三章 有限元分析的步驟 （1） 3

31、.1：定義單元類型 （1） 選擇Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Types對話框。。 （2） 點擊Add按鈕，出現(xiàn)Library of Element Types對話框。所示。 （3） 在Library of Element Types第一列表框中選擇Thermal Solid,在第二個列表框中選擇Brick 8node 70,在Element type reference number文本中輸入1。 （4） 單擊Apply按鈕，重新在Libra

32、ry of Element Types第一列的對話框中選擇Surface Effect, 在第二列表框中選擇3D thermal 152, 在Element type reference number文本框中輸入2。 （5） 單擊OK按鈕,關閉 Library of Element Types對話框，所選擇的單元類型。 （6）單擊OK按鈕, 關閉Element Types對話框。 3.2：定義材料性能參數(shù) 選擇Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models命令，出現(xiàn)Define Material Modle Behavio

33、r窗口。 （1） 在Material Modle Available一欄中雙擊Thermal選項，出現(xiàn)Conductivity項后雙擊之，然后再雙擊Isotropic選項，出現(xiàn)Conductivity for Material Number 1對話框，在KXX文本中輸入砂輪的混合的導熱系數(shù)6.2，。 （2） 單擊OK，關閉Conductivity for Material Number 1對話框。 （3） 在Define Material Modle Behavior窗口中雙擊Density選項，出現(xiàn)Density for Material Number 1對話框，在DENS文

34、本框中輸入砂輪的混合密度298。 （4） 單擊OK，關閉Density for Material Number 1對話框。 （5） 在Define Material Modle Behavior窗口中雙擊Specific Heat選項，出現(xiàn)Specific Heat for Material Number 1對話框，在C文本框中輸入砂輪的混合比熱464.13，。 （6） 單擊OK，關閉Specific Heat for Material Number 1對話框。 （7） 在Define Material Modle Behavior窗口中雙擊Convection or Fi

35、lm Coef.選項，出現(xiàn)Convection or Film Coef for Material Number 1對話框，在HF中輸入砂輪的對流熱交換系數(shù)200。。 （8） 單擊OK，關閉Convection or Film Coef for Material Number 1對話框。 所定義的材料性能參數(shù)。 （9） 選擇Material|Exit命令關閉Define Material Modle Behavior窗口。 3.3：建立模型 （1） 選擇Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|In Active C

36、S命令會彈出Create Keypoints In Active CS對話框。 （2） 在NTP Keypiont number文本框中輸入關鍵點編號1，在X,Y,ZLocation in active CS文本框中分別輸入第1個關鍵點的3個坐標值1，0，0，，單擊Apply按鈕。 （3） 重新在NTP Keypiont number文本框中輸入關鍵點編號2，在X,Y,ZLocation in active CS文本框中分別輸入第2個關鍵點的3個坐標值-1，0，0。 （4） 單擊OK按鈕，關閉Create Keypoints In Active CS對話框。生成如的兩個關鍵點。

37、 （5） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Rectangle|By Dimensions命令，出現(xiàn)Create Rectangle by Dimensions對話框。 （6）在X1,X2 X-coordinates文本框中分別輸入0,0.01, 在Y1,Y2 Y-coordinates文本框中分別輸入0.02,0.1, 單擊OK按鈕，關閉Create Rectangle by Dimensions對話框。 （6） 將工作面轉(zhuǎn)換到Y(jié)-Z平面內(nèi)，

38、 （8） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis命令，出現(xiàn)Sweep Areas about axis對話框。 （9）在對話框中輸入1，單擊OK按鈕，然后在輸入1，2，單擊OK， 關閉該對話框。同時彈出新的對話框。 （10） 在ARC Arc length in degrees中輸入1。 （10）單擊OK，關閉Sweep Areas about axis對話框。將得到如下 （11）重新選擇

39、 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis命令，出現(xiàn)Sweep Areas about axis對話框。 （12）在ARC Arc length in degrees中輸入-359。 （13）單擊OK，關閉Sweep Areas about axis對話框。將得到如下圖所示的其余359度的砂輪外型。 （14）選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Boolea

40、ns|Glue|Volumes,彈出Glue Volumes對話框，單擊Pick All,將著兩部分粘結(jié)在一塊，得到如下圖所示的砂輪模型。 3.4：劃分網(wǎng)格 （1）選擇 Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Default Attribs命令，將出現(xiàn)Mesh Attributes對話框。 （2）在[TYPE] Element Type number中選擇1 SOLIOD70。如下圖所示。

41、 （3）單擊OK，關閉Mesh Attributes對話框。 （4）選擇

42、 Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool命令，將出現(xiàn)MeshTool對話框。如下圖所示。 （5）選擇Hex/Wedge,Sweep,然后單擊Sweep按鈕，彈出Volume Sweeping對話框， （6） 選中要劃分的四塊較大的體積，單擊OK按鈕，即顯示出其被劃分后的網(wǎng)格情況。 （7） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool命令，將出現(xiàn)MeshTool對話框。 （8） 選擇Hex/Wedge,Sweep,

43、然后單擊Sweep按鈕，彈出Volume Sweeping對話框。 （9） 選中要劃分的較小的體積，單擊OK按鈕，即顯示出其被劃分后的網(wǎng)格情況。 （10） 單擊Close，關閉MeshTool對話框。將得到如下圖所示的砂輪的網(wǎng)格。 其局部放大圖如下圖所示。 3.5：加載求解 （1） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|Elem Attributes 命 令，出現(xiàn)Element Attributes對話框。在

44、[TYPE] Elenment type number中選擇2 SURF152,如下圖所示。 （2） 單擊OK，關閉Element Attributes對話框。 （3） 選擇Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis命令，出現(xiàn)New Analysis對話框。 （4） 選中Transient單選按鈕，如下圖所示。 （5） 單擊OK按鈕，出現(xiàn)Transient Analysis對話框，如下圖所示，采用默認設置，單擊OK按鈕關閉該對話框。 （6） 選擇Main Menu|Solution|Load Step Opts|

45、Time/Frequence|Time Integration|Amplitude Decay命令，出現(xiàn)Time Integration Control對話框。 （7） 在TIMINT選項中激活Off，關閉瞬態(tài)分析選項，其他采用默認設置，，單擊OK關閉該對話框。 （8） Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step命令，出現(xiàn)Time And Time Step Options對話框。 （9） 在[TIME] Time at end of Load step文本框中輸入終止時間0.01，在[DELTIM

46、] Time step size文本框中輸入時間步長0.01，，其他采用默認設置，單擊OK按鈕關閉該對話框。 （10） 選擇Utility Menu|Select|Entities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框。 （11） 在第1個下拉列表框中選擇Elements,在第2個下拉列表框中選擇By Attributes,在第3選項組中選中Material num單選按鈕，在Min,Max,Inc文本框中輸入1。 （12） 單擊Apply按鈕，在第1個下拉列表框中選擇Nodes，在第2個下拉列表框中選擇Attached to，在第3選項組中選中Elements單選按鈕，單

47、擊OK按鈕。 （13） 選擇Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Temperature|On Nodes命令，出現(xiàn) Apply TEMP Nodes對話框。 （14） 單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Apply TEMP on Nodes對話框。 （15） 在VALUE Load TEMP value文本框中輸入25，單擊OK按鈕。 加載環(huán)境溫度后的砂輪如下圖所示。 （16） 選擇Utility Menu|Select|Entities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框。 （17） 在第1個下拉列表框中選擇A

48、reas,在第2個下拉列表框中選擇By Num/Pick,在第3選項組中選中From Full單選按鈕。 （18） 單擊Apply,出現(xiàn)Select lines對話框。 （19） 用鼠標在熒屏上選取需要加載的面，單擊OK按鈕。 （20） 在Select Entities對話框中重新進行選擇，在第1個下拉列表框中選擇Nodes，在第2個下拉列表框中選擇Attached to，在第3選項組中選中Areas,All單選按鈕，單擊OK按鈕。 （21） 選擇Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Heat Flux|On Nodes命令，出現(xiàn)

49、Apply HFLUX Nodes對話框。 （22） 單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Apply HFLUX on Nodes對話框。 （23） 在VALUE Load HFLUX value文本框中輸入1100000，單擊OK按鈕。如下圖所示。 加載后的效果如下圖所示。 （24） 選擇Utility Menu|Select|Everything命令，選中所以的點、線、面、體。 （25） 選擇Main Menu|Solution|Solve|Current LS命令，出現(xiàn)Solve Current Load Step對話框，同時出現(xiàn)/STATUS Command 窗口，選擇Fi

50、le|Close命令，關閉該窗口。如下圖所示。 （26） 單擊Solve Current Load Step對話框中的OK按鈕，ANSYS開始進行求解計算。 （27） 求解結(jié)束時，出現(xiàn)Solution is done提示框，單擊Close按鈕關閉該提示框。 （28） 選擇Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step命令，出現(xiàn)Time And Time Step Options對話框。 （29） 在[TIME] Time at end of

51、Load step文本框中輸入終止時間1.3，在[DELTIM] Time step size文本框中輸入時間步長0.1，在[DELTIM] Manimum time step size文本框中輸入最小的時間步長0.1，在[DELTIM] Maximum time step size選項中輸入最大時間步長0.5，在[AUTOTS] Automatic time stepping選項組中選中ON單選按鈕，如下圖所示，其他采用默認設置，單擊OK按鈕關閉該對話框。 （30） 選擇Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time Int

52、egration|Amplitude Decay命令，出現(xiàn)Time Integration Control對話框。 （31） 在TIMINT選項中激活ON，打開瞬態(tài)分析選項，其他采用默認設置，如下圖所示，單擊OK關閉該對話框。 （32） 選擇Main Menu|Solution|Define Loads|Delete|Thermal|Temperture|On Nodes命令，出現(xiàn)Delete TEMP on Nodes對話框，單擊Pick All按鈕。 （33） 選擇Main Menu|Solution|Load Step Opts|Output Ctrls|DB/Result

53、s File命令，出現(xiàn)Controls for Database and Results File Writing對話框。 （34） 在Item Item to be controlled下拉列表框中選取All items,在FREQ File write frequency選項中選擇Last substep單選按鈕，在Value of N文本框中輸入1，如下圖所示，單擊OK按鈕關閉該對話框。 （35） 選擇Main Menu|Solution|Solve|Current LS命令，出現(xiàn)Solve Current Load Step對話框，同時出現(xiàn)/STATUS Command 窗

54、口，選擇File|Close命令，關閉該窗口。如下圖所示。 （36） 單擊Solve Current Load Step對話框中的OK按鈕，ANSYS開始進行求解計算。 （37） 求解結(jié)束時，出現(xiàn)Solution is done提示框，單擊Close按鈕關閉該提示框。 （38） 選擇Utility Menu|Finish命令。 3.6：查看計算結(jié)果 （1） 選擇Main Menu|General Postproc|Read Result|Last Set命令。 （2） 選擇Utility Menu|Select|Entities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框。 （

55、3） 在第1個下拉列表框中選擇Elements,在第2個下拉列表框中選擇By Attributes,在第3選項組中選中Material num單選按鈕，在Min,Max,Inc文本框中輸入1。 （4） 單擊Apply按鈕，在第1個下拉列表框中選擇Nodes，在第2個下拉列表框中選擇Attached to，在第3選項組中選中Elements單選按鈕，單擊OK按鈕。 （5） 選擇Main Menu|General Postproc|Plot Result|Contour Plot|Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框。 （6） 在Item

56、,Comp Item to be contoured單選按鈕中選取DOF solution, 在KUND Items to be plotted選項組中選取Def shape only選項組中選取Def shape only單選按鈕。如下圖所示。 （7） 單擊OK按鈕，則ANSYS窗口將顯示砂輪的溫度場分布圖。如下圖所示。 其局部放大的溫度場分布圖如下圖所示。 第四章 結(jié) 論 激光修整金剛石砂輪是金剛石砂輪修整的新方法。運用ANSYS有限元法建立了激光作用下砂輪溫度場的數(shù)學模型，在綜合考慮各種因素條件下可以得

57、到與實際情況較為相近的溫度場分布圖，減少了運算量，所得結(jié)果簡便直觀。所建立的金剛石砂輪溫度場的計算機仿真系統(tǒng)可以對砂輪修整過程進行前期預測、工藝參數(shù)調(diào)整及優(yōu)化等，避免加熱溫度過高使砂輪表面金剛石顆粒石墨化，或加熱溫度不足使砂輪表面硬度下降不夠等情況的發(fā)生，減少金剛石修整筆的磨損，提高砂輪表面修整質(zhì)量。 4 結(jié)束語 上等研磨劑砂輪的準備,包括修整和裝飾,遺留一個最重要的改善研磨技術的重要效力用于上等研磨劑砂輪達到滿意的范圍，在這項研究中，在根據(jù)砂輪的表面特征詳細的證明他們是可行性之前，新的激光輔助修整和裝飾已經(jīng)被提議和分析，在激光輻

58、射之后，3維力的特征、單一金剛石修整器的磨損、包括線性度線性跳動砂輪形態(tài)在內(nèi)的修整精確性。一些結(jié)果已經(jīng)和那些傳統(tǒng)的機械修整技比較，實驗的結(jié)果表明新的激光輔助修整和裝飾技術比傳統(tǒng)的單一金剛石方法有很多的優(yōu)勢，當維持修整的精確性在相同的水平時，激光輔助修整的效率要傳統(tǒng)的修整高的多，大約為其5倍。金剛石修整器的在激光輔助修整中的磨損速度要比機械的修整慢的多。另外，在激光輔助修整中修整力的特征也顯示出了不同，特殊修整壓要比在機械修整中小的多，推力與切削力的比率在激光輔助修整中也你在機械修整中小的多，在第一個修整周期后激光輔助修整和機械修整得到類似的砂輪表面輪廓，在第二次后卻不相同。當由機械修整研磨的突

59、起得到砂輪表面特征，在連續(xù)修整之后激光輔助修整得一致的砂輪特征。這個的不同應歸于兩種修整技術之間的金剛石修整器的磨損速度的不同。激光輔助修整的修整力的特征與機械修整的不同也被發(fā)現(xiàn)，3維的修整力要比傳統(tǒng)的小的多，與激光援助、機械修整不同，在激光輔助修整中推力占切削力的比率稍微和機械修整不同。調(diào)查修整碎片裝置和砂輪表面條件后顯示下面的排屑裝置和激光輔助修整、傳統(tǒng)的修整方法有很大的不同，在這種形式下，碎片主要是氮化硼微粒的尺寸大小為60~70微米，后來主要是由修整器穿過玻璃狀結(jié)合物生成的微小的陶瓷粉末。機械修整后在砂輪表面有大量的微小的陶瓷粉末黏附著，在激光輔助修整后產(chǎn)生完美的多孔結(jié)構(gòu)，激光輻射在砂

60、輪結(jié)合劑氮化硼研磨劑上，在激光發(fā)射還沒有切削時檢驗砂輪的表面特征，顯示在砂輪的表面熔化的陶瓷結(jié)合物又重新凝固。這個提議激光輔助修整和裝飾本質(zhì)是依賴于激光輻射使硬的陶瓷結(jié)合物變軟并很容易去處。 謝辭 在本設計完成過程中，我的導師王艷老師給了我很大幫助和教誨，我的好友揚陳同學以及室友黃成專同學給了我很大的幫助和方便，在此表示衷心的感謝；同時也感謝各位老師在我大學四年的學習生涯中，在各科目的學習中給予我的指導和幫助，對所選參考文獻的作者一并表示感謝。 參考文獻 1． 唐興倫等，ANSYS工程應用教程，中國鐵道出版社。

61、2． 王艷等，激光輔助機械修整金剛石砂輪的溫度場分析，中國激光，2005 第3期。 3． 張朝輝等，ANSYS工程應用 范例入門與提高，清華大學出版社。 4． 全墮型 史興寬等，激光修整金剛石砂輪的研究。 5． 王艷等，金剛石砂輪的激光修整技術，上海交通大學機械與動力工程學院，上海200030。 6． 薄宵，磨工實用技術手冊，江蘇科學技術出版社。 7． 倪棟，段進等，通用有限元分析ANSYS7.0實例精解，電子工業(yè)出版社。 8． 康任科等，激光修整金剛石砂輪的研究，西北工業(yè)大學學報，1999年11月第4期。 9． 傅文宏等，金剛石砂輪的激光修整技術研究，機械學報，2004年第4期。 10． 王艷等，金剛石砂輪修整新技術的研究，電加工與模具，2003年第5期。 31