金刚石砂轮设计论文

毕业设计报告 课题：金刚石砂轮的修正 系 部：机电工程系 专 业：机电一体化 班 级：高机电 033 姓 名： 学 号： 指导老师： 2007 5 毕业设计 (论文 ) 2 目录 摘要 -3 第一章 序言 -3 1.2 激光修整超硬磨料砂轮的原理 -3 1.3 激光修整金刚石砂轮的试验 -4 1.4 激光修锐后砂轮表面的微观形貌 -5 1.5 有限元计算条件 -7 第二章 有限元热分析原理的简介 -8 2.1.3 偶合场分析 -8 2.2 热分析的基础知识 - 11 2.3瞬态热分析 - 11 第三章 有限元分析的步骤 - 15 3.1：定义单元类型 - 15 3.2：定义材料性能参数 -15 3.3：建立模型 -16 3.4：划分网 格 - 18 3.5：加载求解 -20 3.6：查看计算结果 -25 第四章 结 论 - -27 结束语 -28 谢辞 -29 参考文献 -30 毕业设计 (论文 ) 3 摘要 目前，金刚石砂轮在陶瓷或其他超硬材料的加工中已得到了普遍的应用，特别是在精密磨削中，呈现出加工精度高、速度快、磨轮使用寿命长等优点。金属和树脂结合剂砂轮由于结合剂强度高，有利于提高磨削速度，在应用中占有重要的地位。 使用金刚石砂轮加工有许多优点，但金刚石砂轮的自锐性能较普通砂轮差，又加上金刚石的高硬度，使得金刚石砂轮的修 整比较困难。 光学曲面磨床上的金刚石砂轮不允许有任何形式的冷却液。而传统的金刚石工具修整法、普通砂轮修整法、散粒磨料修整法、都需要冷却液；而电解修整法、电火花修整法，也都是在工作液中进行的。所以它们都不能适用于无工作液的情形。而激光修整法，由于不需要冷却液而成为可选择的方法。 第一章 序言 1.2 激光修整超硬磨料砂轮的原理 激光加工具有高功率密度、高注入速度、高加工效率、无工具损耗、非接触、易控制和无公害等特点。利用光学系统把激光束聚焦成极小的光斑作用于砂轮表面，理论上光的功率密度可达到 810 1010 W/ 2cm 可在极短的时间内使砂轮局部表面的材料熔化或气化，以达到修整目的 .如激光功率密度足够高，可同时去除砂轮表面的金刚石磨粒和结合剂材料，达到砂轮整形的目的。金刚石磨料与结合剂材料的光学和热物理性能相差较大，激光照射在砂轮表面时，金刚石对激光的吸收率一般在 0.10.3之间，而黄铜、铸铁等金属结合剂对激光的实际吸收率在 0 7以上，树脂结合剂激光吸收率可达0 9以上。所以砂轮的结合剂 要比金刚石磨粒吸收更多的激光能量。此外，金刚石的热导率是 146W (m )，分别是黄铜和树脂结合剂的 3倍和 350倍，其热扩散率是 82 smm/2 ，分别是黄铜和树脂结合剂的 5倍和 400倍，金刚石的熔点是3700 4000 ，远远高于结合剂材料。因此，通过控制激光毕业设计 (论文 ) 4 参数可选择性地去除砂轮表面的结合剂材料，而不损伤金刚石磨粒，使砂轮表面具有一定的磨粒突出高度和容屑空间，达到修锐砂轮的目的。 1.3 激光修整金刚石砂轮的试验 实验在多功能激光加工机上进行，采用 HJ-3000横流2CO激光器，额定输出功率 3kw，机床为单臂悬梁式结构，西门子802C数控控制， 4轴 3联动。分别对黄铜和树脂结合剂金刚石砂轮进行激光修整试验。利用 VH一 800三维数字显微镜观察激光作用前后金刚石砂轮表面的微观形貌。激光扫描过程中若能量密度过大会引起结合剂过熔而削弱结合剂对磨料的把持能力，同时还会对金刚石产生不利影响；若能量密度过小则不能熔化结合剂，起不到修整的作用。因此合理确定激光功率、扫描速度及焦点高度等基本参数对修整效果非常关键。设激光光斑直径为 d(mm)，扫描速度 为 (mm/min)，功率为 P(W)，则单位扫描面积上的平均能量 E 可表达为 2/6000 cmJdv PE 对于给定的结合剂材料，根据上面的分析可知， E必须在某个相应的范围内取值，即存在上下限。激光功率、扫描速度及焦点高度 (影响激光光斑直径 )最终通过式 (1)对修锐效果综合产生影响。激光修锐砂轮时，激光束垂直作用于砂轮表面，通过数控系统控制砂轮的切向进给运动速度，激光器控制激光输出功率，砂轮表面离光束焦点的距离为 2mm。试验装置实物照片如图 1所示。 毕业设计 (论文 ) 5 1.4 激光修锐后砂轮表面的微观形貌 树脂结合剂、黄铜结合剂金刚石砂轮磨损后的表面形貌分别见图 2、图 3。 金刚石砂轮磨损形式主要表现为磨粒脱落、破碎和磨耗，砂轮表面的有效磨粒数减少，磨粒突出高度和容屑空间减少。毕业设计 (论文 ) 6 经过修锐后的树脂结合剂、黄铜结合剂金刚石砂轮表面的微观形貌分别见图 4、图 5。 一 从图中可看出，单颗金刚石磨粒形状完整，未产生损伤。树脂结合剂是高分子材料，没有固定熔点，在激光作用下表面局部温度远远超过其分解温度 350 ，树脂材料以气化形式被去除，去除量均匀。对于黄铜结合剂而言，当材料表面温度升到稍低于其蒸发温度时，固 态金属首先熔化，继而出现气相，金属蒸气携液相一起喷出。金属气化后，激光仍继续提供能量，而金属蒸气比固态金属吸收更多的激光能量，使照射区域的底部形成更强烈的金属喷射和飞溅。激光作用停止后，部分溅出的液相金属形成再结晶的球状物附着在砂轮表面，熔化而未溅出的液相金属在凹坑周围形成再结晶层。修锐后的砂轮表面具有较大的磨粒突出高度和容屑空间。 毕业设计 (论文 ) 7 1.5 有限元计算条件 由于砂轮是一种非均质多相的各相异性的复合材料，并且砂 内各点的属性随温度变化而变化，因此要对砂轮体内的每一点的属性作出计算，其计算量和难度都相当大。麦 克斯韦研究了两相混合物的导热系数的计算表达式 1x2x11x22x11m 上式中的 m 为金刚石砂轮混合物的导热系数； x= 21/ 为树脂结合剂或金属结合剂导热系数与金刚石砂轮磨粒导热系数之比； 为金刚石磨粒的体积分数。另外科伯 -奈曼定律给出了两混合物的比热容的计算公式为 NCMCC BpApp 式中的 ApC是 A 相金属的比热容，质量分数为 M； BPC是 B相属比热容，质量分数为 N。 边界条件的处理如下：激光辅助机械修整金刚石砂轮相 在其上施加一个局部瞬时热源，热流密度为 2D4/P ， P为激光功率， D 为光班直径，作用时间为 D/V；工作出使温度温度为砂轮周围环境温度 25 C ；对流换热系数为200 Cm/W 2 ；其他计算条件如下图所示。 表 1 激光辅助机械修整金刚石砂轮的条件 Characteristics Parameters Diamondwheel 1A1/T2 100 x10 x20 x4RVD150 M75 Speed of wheel/(mm/s) 6 Power of continuous 2CO laser/W 55 Distance from laser focus /mm +2 毕业设计 (论文 ) 8 表 2 聚酰亚胺和金刚石的热物理特性 Polyimide Diamond Density /(g/ 3cm ) 1.38 3.483.56 Thermal conductivity /W/(m.K) 0.350.95 146 Specific heat /J/(kg.K) 11301297 509 Melting point / C 250400 37004000 有以上 的公式和砂轮的材料性能参数可以得到砂轮的密度为2.985g/ 3cm ,热系数为 6.2 W/(m.K)；比热容为 464.13 J/(kg.K)其热流密度为 1100Kw/ 2m 。 第二章 有限元热分析原理的简介 2.1.3 偶合场分析 ANSYS 不仅能解决纯粹的热分析问题，还能解决与热相关的其他诸多问题，如热 应力、热 电、热 磁等。我们称这类涉及两个或多个物理场相互作用的问题为偶合场分析。 ANSYS 提供了两种 分析偶合场的方法：直接偶合和间接偶合。 1.1.1 直接偶合法 直接偶合解法的偶合单元包含所以必须的自由度，仅仅通过一次求解就能得出偶合场分析结果。这种方法实际上是通过计算包含所以必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。 下面列出了所以与热分析相关的偶合场单元。 PLANE 13 维度： 2-D 偶合场：热 应力 节点数： 4 自由度：温度、结构位移、电势、矢量磁位 CONTACT 48 毕业设计 (论文 ) 9 维度： 2-D 偶合场：热 应力 节点数： 3 自由度：温度、结 构位移 CONTACT 49 维度： 3-D 偶合场：热 应力 节点数： 5 自由度：温度、结构位移 FLUID 66 维度： 3-D 偶合场：热 流体 节点数： 2 或 4 自由度：温度、压力 FLUID 116 维度： 3-D 偶合场：热 流体 节点数： 2 或 4 自由度：温度、压力 SOLID 5 维度： 3D 偶合场：热 应力、热 电 节点数： 8 自由度：温度、结构位移、电势、磁标势 SOLID 98 维度： 3-D 偶合场：热 应力、热 电 节点数： 10 自由度：温度、结构位移、电势、矢量磁位 PLANE 67 维度： 2-D 偶合场：热 电 节点数： 4 自由度：温度、电势 LINK 68 维度： 3-D 偶合场：热 电 节点数： 2 自由度：温度、电势 毕业设计 (论文 ) 10 SOLID 69 维度： 3-D 偶合场：热 电 节点数： 8 自由度：温度、电势 SHELL 157 维度： 3-D 偶合场：热 电 节电数： 4 自由度：温度、电势 间接偶合 间接偶合法又称序贯偶合法，通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场的偶合。例如热 应力偶合分析是将热分析得到的接点温度作为载荷施加在后序的应力分析中来实现偶合的。 图 1-5为间接偶合法数据流图，先进行分析 1 的计算，产生的结果文件 1。然后将其载入到分析 2 中，进行计算后，最后形成结果文件 2。 2.2 热分析的基础知识 2.2.1 三种基本传热方式 传导 当物体内部存在温度差时，热量将从高温部分传递到低温部分；而且不同温度的物体相 互接触时热量会从高温物体传递到低温物体。这种热量传递的方式称为热传导 。 分析 1 分析 2 结果文件 1 结果文件 2 毕业设计 (论文 ) 11 对流 对流是指温度不同的各部分流体之间发生相对运动所引起的热量传递方式。高温物体表面常常发生对流现象。这是因为高温表面附近的空气因受热而膨胀，密度降低并向上流动。与此同时，密度较大的冷空气将下降并代替原来的受热空气。 辐射 与传导和对流不同，热辐射是通过电磁波的方式传递能量的过程。辐射不需要物体之间的直接接触，也不需要任何中间介质。 同一物体，温度不同时的热辐射能力不一样，温度相同的不同物体的热辐射能力也不一样。同一温度下黑体的热辐射能 力最强。 自然界中的任何物体都在不断地向周围空间发射辐射能，并吸收来自空间其他物体的辐射能。这种辐射和吸收过程的综合作用便形成了辐射换热过程。 2.2.2热分析基本材料属性 用 ANSYS 进行热分析时，需要给出每一实体材料属性。与热分析直接相关的属性包括：热传导率、比热容，焓、对流换热系数、辐射系数、生热率。 比热容 比热容是指单位质量的物质每升高（或降低） 1C 所吸收（或放出）的热量。单位为 J/Kg.C) 焓 焓的定义式为： H=U+PV 式中， H 为焓， U 为内能， P、 V 分别为压力和温度。 生热率 生热率既可用作材料属性赋予材料，又可用作体载荷施加到单元上，用以模拟化学反应生热或电流生热，其单位是单位体积的热流率。 2.3 瞬态热分析 2.3.1 瞬态热分析的应用 温度场随时间而发生变化的传热过程称为非稳态传热。实际上，无论是在自然界还是在工程中，绝大部分传热过程毕业设计 (论文 ) 12 都是非稳态传热。这类传热按照其过程进行的特点，可分为周期性传热和非周期性传热两种。在周期性传热过程中，导热物体内的温度以一定的规律，随时间周期性变化。如自然界大地表层土壤在一昼夜和一年四季中，它的温度场都是周期性变化的。又如在稳定情 况下运行中的往复式热机，汽缸壁内的导热也是周期性的。而在非周期性的传热过程中物体内的温度随着时间的不断升高或降低，并在经历相当长时间后逐渐趋于周期介质的温度而最终达到平衡。这类传热过程又称为瞬态传热。如热力机械的启动过程和挺机过程，各种热处理过程中的工件被加热或被冷却时，都是瞬态传热。 2.3.2 瞬态热分析的基本步骤 ANSYS 瞬态热分析的基本步骤包括构件模型、施加载荷、求解与后处理。 构建模型 模型的够建步骤如下所示： （ 1） 确定作业名，标题与单位 （ 2） 进入 Preprocessor 前处理。 （ 3） 设置单元类型，设置单元选 项，定义单元实常数； （ 4） 设置材料属性。 （ 5） 创建几何模型并划分网格 。 施加载荷计算 定义分析类型 若进行新的瞬态热分析 GUI： Main Menu/Solution/AnslysisType/Transient 若接着上次的计算继续进行分析 GUI： Main Menu/Solution/AnslysisType/Restart 设置热分析的初始条件 1 设置均匀温度场 如果已知模型的初始温度是均匀的，可设定所以的节点的初始温度值。 点击 Main Menu/Solution/Loads-Setting/Uniform Temp。 2. 设置参考温度 定义参考温度是用于热应变的计算，热应变在数值上等于 a*(T-TREF),其中 a 为热膨胀系数， TREF 为参考温度。参考温度值默认为零，但可通过如下方式进行设定： GUI: Main Menu/Solution/Loads-Setting/Reference Temp,用于输入参考温度值。 毕业设计 (论文 ) 13 2 设置节点温度 节点温度的设定则可以按如下方法进行： GUI: Main Menu/Solution/Loads-Apply/Thermal-Temperature/On node.按 GUI 的方式操作，将出现如图 4-5 所示的画面。若节点温度值设为常数，则该节点的温度在整个瞬态热分析过程中将保持不变。当然，节点的温度也可以通过现存的表格（ Existing Table）或新建表格（ New Table）的方式进行设定。 3 设置节点初始温度 在瞬态热分析中，若节点温度的初始值是已知的，则可 通 过 如 下 方 法 进 行 设 定 ： Main Menu/Solution/Loads-Apply/Initial Conditn/Define,GUI方式操作，选中欲施加初始温度值的节点后，将出现如图 4-6 所示的画面，在图 4-6 中， 从 DOF to be specified 下拉列表中选择 Temp，并 Initil value of DOF文本框中输入一定的温度值，然后点击 OK 确定，即可定义所选节点的初始温度值。 4 通过稳态热分析获取初始温度基本参数 如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须首先作稳态热分析建立初始条件： 设定载荷（如已知的温度、热对流等） 写入载荷步文件： GUI:Main Menu/Preprocessor/Loads/Write LS File 或先求解： Main Menu/Solution/Solve/Current LS 求解 在对一个瞬态热分析问题进行求解时，与稳态热分析类似，通常也需要指定一些关键的载荷步选项。其中包括：Time/Frequenc 选项、非线性选项以及输出选项。 （ 1） Time/Frequenc 选项 指定载荷步的结束时间： GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 设置载荷步的载荷子步数（或时间增量） 对于非线性分析，每个载荷步需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精度 越 高 ， 同 时 计 算 的 时 间 越 长。毕业设计 (论文 ) 14 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 设置 Stepped 选项与 Ramped 选项 如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为 Stepped选项；如果载荷值随着时间线性变化，则要设定为Ramped 选项。 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 自动时间步长：本选项为 ON 时，在求解过程中将自动调整时间步长。 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 时间积分效果：如果将此选项设定为 OFF，将进行热稳 态 分 析 。 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time Integration （ 1） 非线性选项 若点击 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Nonlinear,将出现如图 3-3 所示的非线性选项对话框。 （ 2） 求解 GUI:Menu/Solution/Current LS 后处理 对于瞬态热分析问题， ANSYS 提供了两种后处理方式，POST1 和 POST26。 POST1 用于对整个模型在某一载荷步（时间点）的结果进行后处理： GUI： Main Menu/General Postproc （ 1） 用 POST1 进行后处理 进入 POST1 后，可以读取某一时间点的结果： GUI：Main Menu/General Postproc/Read Results/By Time/Freq 如果设定的时间点不在任何一个子步的时间带点上，ANSYS 会进行线性插值。 此外还可以读取某一载荷步 的结果： GUI： Main Menu/General Postproc/Read Results/By Load Step 然后就可以采用与稳态热分析类似的方法，对结果进行彩色云图显示、适量图显示、打印列表等后处理。 （ 2） 用 POST26 进行后处理 首先要定义变量： GUI ： Main Menu/TimeHist Postproc/Define Variables 或列表输出： GUI： Main Menu/TimeHist Postproc/List Variables 毕业设计 (论文 ) 15 第三章 有限元分析的步骤 （ 1） 3.1：定义单元 类型 （ 1） 选择 Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete 命令，出现 Element Types 对话框。 （ 2） 点击 Add 按钮，出现 Library of Element Types 对话框。所示。 （ 3） 在 Library of Element Types 第一列表框中选择 Thermal Solid,在第二个列表框中选择 Brick 8node 70, 在 Element type reference number 文本中输入 1。 （ 4） 单击 Apply 按钮，重新在 Library of Element Types 第一列的对话框中选择 Surface Effect, 在第二列表框中选择 3D thermal 152, 在 Element type reference number 文本框中输入 2。 （ 5） 单击 OK 按钮 ,关闭 Library of Element Types 对话框，所选择的单元类型。 （ 6）单击 OK 按钮 , 关闭 Element Types 对话框。 3.2：定义材料性能参数 选择 Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models 命令，出现 Define Material Modle Behavior 窗口。 （ 1） 在 Material Modle Available 一栏中双击 Thermal 选项，出现Conductivity 项后双击之，然后再双击 Isotropic 选项，出现Conductivity for Material Number 1 对话框，在 KXX 文本中输入砂轮的混合的导热系数 6.2，。 （ 2） 单击 OK，关闭 Conductivity for Material Number 1 对话框。 （ 3） 在 Define Material Modle Behavior 窗口中双击 Density 选项，出现 Density for Material Number 1 对话框，在 DENS 文本框中输入砂轮的混合密度 298。 （ 4） 单击 OK，关闭 Density for Material Number 1 对话框。 （ 5） 在 Define Material Modle Behavior 窗口中双击 Spec ific Heat 选项，出现 Specific Heat for Material Number 1 对话框，在 C 文本框中输入砂轮的混合比热 464.13，。 毕业设计 (论文 ) 16 （ 6） 单击 OK，关闭 Specific Heat for Material Number 1 对话框。 （ 7） 在 Define Material Modle Behavior 窗口中双击 Convection or Film Coef.选项，出现 Convection or Film Coef for Material Number 1 对话框，在 HF 中输入砂轮的对流热交换系数 200。 （ 8） 单击 OK，关闭 Convection or Film Coef for Material Number 1对话框。 所定义的材料性能参数。 （ 9） 选择 Material|Exit 命令关闭 Define Material Modle Behavior 窗口。 3.3：建立模型 （ 1） 选择 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|In Active CS 命令会弹出 Create Keypoints In Active CS 对话框。 （ 2） 在 NTP Keypiont number 文本框中输入关键点编号 1，在X,Y,ZLocation in active CS文本框中分别输入第 1个关键点的 3个坐标值 1， 0， 0，单击 Apply 按钮。 （ 3） 重新在 NTP Keypiont number 文本框中输入关键点编号 2，在 X,Y,ZLocation in active CS 文本框中分别输入第 2 个关键点的 3 个坐标值 -1， 0， 0。 （ 4） 单击 OK按钮，关闭 Create Keypoints In Active CS 对话框。生成如的两个关键点。 （ 5 ） 选择 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Rectangle|By Dimensions 命令，出现 Create Rectangle by Dimensions 对话框。 （ 6）在 X1,X2 X-coordinates 文本框中分别输入 0,0.01, 在 Y1,Y2 Y-coordinates 文本框中分别输入 0.02,0.1, 单击 OK 按钮，关闭 Create Rectangle by Dimensions 对话框。 （ 6） 将工作面转换到 Y-Z 平面内， （ 8 ） 选择 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis 命令，出现 Sweep Areas about axis 对话框。 （ 9）在对话框中输入 1，单击 OK 按钮，然后在输入 1， 2，单击 OK， 关闭该对话框。同时弹出新的对话框。 毕业设计 (论文 ) 17 （ 10） 在 ARC Arc length in degrees 中输入 1。 （ 10）单击 OK，关闭 Sweep Areas about axis 对话框。将得到如下 （ 11 ）重新选择 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis 命令，出现 Sweep Areas about axis 对话框。 （ 12）在 ARC Arc length in degrees 中输入 -359。 （ 13）单击 OK，关闭 Sweep Areas about axis 对话框。将得到如下图所示的其余 359 度的砂轮外型。 （ 14 ）选择 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Glue|Volumes, 弹出 Glue Volumes 对话框，单击 Pick All,将着两部分粘结在一块，得到如下图所示的砂轮模型。 毕业设计 (论文 ) 18 3.4：划分网格 （ 1 ）选 择 Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Default Attribs 命令，将出现Mesh Attributes 对话框。 （ 2）在 TYPE Element Type number 中选择 1 SOLIOD70。如下图所示。 （ 3）单击 OK，关闭 Mesh Attributes 对话框。 （ 4 ）选 择 Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool 命令，将出现 MeshTool 对话框。如下图所示。 毕业设计 (论文 ) 19 （ 5）选择 Hex/Wedge,Sweep,然后单击 Sweep 按钮，弹出 Volume Sweeping 对话框， （ 6） 选中要划分的四块较大的体积，单击 OK 按钮，即显示出其被划分后的网格情况。 （ 7） 选择 Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool 命令，将出现 MeshTool对话框。 （ 8） 选择 Hex/Wedge,Sweep,然后单击 Sweep 按钮，弹出 Volume Sweeping 对话框。 （ 9） 选中要划分的较小的体积，单击 OK 按钮，即显示出其被划分后的网格情况。 （ 10） 单击 Close，关闭 MeshTool 对话框。将得到如下图所示的砂轮的网格。 毕业设计 (论文 ) 20 其局部放大图如下图所示。 3.5：加载求解 （ 1） 选择 Main 毕业设计 (论文 ) 21 Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|Elem Attributes 命 令，出现 Element Attributes 对话框。在 TYPE Elenment type number 中选择 2 SURF152,如下图所示。 （ 2） 单击 OK，关闭 Element Attributes 对话框。 （ 3） 选择 Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis 命令，出现 New Analysis 对话框。 （ 4） 选中 Transient 单选按钮，如下图所示。 （ 5） 单击 OK 按钮，出现 Transient Analysis 对话框，如下图所示，采用默认设置，单击 OK 按钮关闭该对话框。 （ 6） 选择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time Integration|Amplitude Decay命令，出现 Time Integration Control对话框。 （ 7） 在 TIMINT 选项中激活 Off，关 闭瞬态分析选项，其他采用默认设置，单击 OK 关闭该对话框。 （ 8） Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step 命令，出现 Time And Time Step Options 对话框。 （ 9） 在 TIME Time at end of Load step 文本框中输入终止时间0.01，在 DELTIM Time step size 文本框中输入时间步长0.01，其他采用默认设置，单击 OK 按钮关闭该对话框。 （ 10） 选择 Utility Menu|Select|Entities 命令，出现 Select Entities 对话框。 （ 11） 在第 1 个下拉列表框中选择 Elements,在第 2 个下拉列表框中选择 By Attributes,在第 3 选项组中选中 Material num 单选按钮，在 Min,Max,Inc 文本框中输入 1。 （ 12） 单击 Apply 按钮，在第 1 个下拉列表框中选择 Nodes，在第 2个下拉列表框中选择 Attached to，在第 3 选项组中选中Elements 单选按钮，单击 OK 按钮。 （ 13） 选择 Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Temperature|On Nodes 命令，出现 Apply TEMP Nodes 对话框。 毕业设计 (论文 ) 22 （ 14） 单击 Pick All 按钮，出现 Apply TEMP on Nodes 对话框。 （ 15） 在 VALUE Load TEMP value 文本框中输入 25，单击 OK 按钮。 加载环境温度后的砂轮如下图所示。 （ 16） 选择 Utility Menu|Select|Entities 命令，出现 Select Entities 对话框。 （ 17） 在第 1 个下拉列表框中选择 Areas,在第 2 个下拉列表框中选择By Num/Pick,在第 3 选 项组中选中 From Full 单选按钮。 （ 18） 单击 Apply,出现 Select lines 对话框。 （ 19） 用鼠标在荧屏上选取需要加载的面，单击 OK 按钮。 （ 20） 在 Select Entities 对话框中重新进行选择，在第 1 个下拉列表框中选择 Nodes，在第 2 个下拉列表框中选择 Attached to，在第 3 选项组中选中 Areas,All 单选按钮，单击 OK 按钮。 （ 21） 选择 Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Heat Flux|On Nodes 命令，出现 Apply HFLUX Nodes 对话框。 （ 22） 单击 Pick All 按钮，出现 Apply HFLUX on Nodes 对话框。 （ 23） 在 VALUE Load HFLUX value 文本框中输入 1100000，单击OK 按钮。如下图所示。 加载后的效果如下图所示。 毕业设计 (论文 ) 23 （ 24） 选择 Utility Menu|Select|Everything 命令，选中所以的点、线、面、体。 （ 25） 选择 Main Menu|Solution|Solve|Current LS 命令，出现 Solve Current Load Step 对话框，同时出现 /STATUS Command 窗口 ，选择 File|Close 命令，关闭该窗口。如下图所示。 毕业设计 (论文 ) 24 （ 26） 单击 Solve Current Load Step 对话框中的 OK 按钮， ANSYS 开始进行求解计算。 （ 27） 求解结束时，出现 Solution is done 提示框，单击 Close 按钮关闭该提示框。 （ 28） 选择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step 命令，出现 Time And Time Step Options 对话框。 （ 29） 在 TIME Time at end of Load step 文本框中输入终止时间 1.3，在 DELTIM Time step size 文本框中输入时间步长 0.1，在DELTIM Manimum time step size 文本框中输入最小的时间步长 0.1，在 DELTIM Maximum time step size 选项中输入最大时间步长 0.5，在 AUTOTS Automatic time stepping 选项组中选中 ON 单选按钮，如下图所示，其他采用默认设置，单击OK 按钮关闭该对话框。 （ 30） 选择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time Integration|Amplitude Decay命令，出现 Time Integration Control对话框。 （ 31） 在 TIMINT 选项中激活 ON，打开瞬态分析选项，其他采用默认设置，如下图所示，单击 OK 关闭该对话框。 （ 32） 选择 Main Menu|Solution|Define Loads|Delete|Thermal|Temperture|On Nodes 命令，出现 Delete TEMP on Nodes 对话框，单击 Pick All 按钮。 （ 33） 选择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Output Ctrls|DB/Results File 命令，出现 Controls for Database and Results File Writing 对话框。 （ 34） 在 Item Item to be controlled 下拉列表框中选取 All items,在FREQ File write frequency选项中选择 Last substep单选按钮，在 Value of N 文本框中输入 1，如下图所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。 （ 35） 选择 Main Menu|Solution|Solve|Current LS 命令，出现 Solve Current Load Step 对话框，同时出现 /STATUS Command 窗口，选择 File|Close 命令，关闭该窗口。如下图所示。 （ 36） 单击 Solve Current Load Step 对话框中的 OK 按钮， ANSYS 开毕业设计 (论文 ) 25 始进行求解计算。 （ 37） 求解结束时，出现 Solution is done 提示框，单击 Close 按钮关闭该提示框。 （ 38） 选择 Utility Menu|Finish 命令。 3.6：查 看计算结果 （ 1） 选择 Main Menu|General Postproc|Read Result|Last Set 命令。 （ 2） 选择 Utility Menu|Select|Entities 命令，出现 Select Entities 对话框。 （ 3） 在第 1 个下拉列表框中选择 Elements,在第 2 个下拉列表框中选择 By Attributes,在第 3 选项组中选中 Material num 单选按钮，在 Min,Max,Inc 文本框中输入 1。 （ 4） 单击 Apply 按钮，在第 1 个下拉列表框中选择 Nodes，在第 2个下拉列表框中选择 Attached to，在第 3 选项组中选中Elements 单选按钮，单击 OK 按钮。 （ 5） 选择 Main Menu|General Postproc|Plot Result|Contour Plot|Nodal Solu 命令，出现 Contour Nodal Solution Data 对话框。 （ 6） 在 Item,Comp Item to be contoured 单选按钮中选取 DOF solution, 在 KUND Items to be plotted 选项组中选取 Def shape only 选项组中选取 Def shape only 单选按 钮。如下图所示。 （ 7） 单击 OK 按钮，则 ANSYS 窗口将显示砂轮的温度场分布图。如下图所示。 毕业设计 (论文 ) 26 其局部放大的温度场分布图如下图所示。 毕业设计 (论文 ) 27 第四章 结 论 激光修整金刚石砂轮是金刚石砂轮修整的新方法。运用ANSYS 有限元法建立了激光作用下砂轮温度场的数学模型，在综合考虑各种因素条件下可以得到与实际情况较为相近的温度场分布图，减少了运算量，所得结果简便直观。所建立的金刚石砂轮温度场的计算机仿真系统可以对砂轮修整过程进行前期预测、工艺参数调整及优化等，避免加热温度过高使砂轮表 面金刚石颗粒石墨化，或加热温度不足使砂轮表面硬度下降不够等情况的发生，减少金刚石修整笔的磨损，提高砂轮表面修整质量。 毕业设计 (论文 ) 28 4 结束语 上等研磨剂砂轮的准备 ,包括修整和装饰 ,遗留一个最重要的改善研磨技术的重要效力用于上等研磨剂砂轮达到满意的范围，在这项研究中，在根据砂轮的表面特征详细的证明他们是可行性之前，新的激光辅助修整和装饰已经被提议和分析，在激光辐射之后， 3维力的特征、单一金刚石修整器的磨损、包括线性度线性跳动砂轮形态在内的修整精确性。一些结果已经和那些传统的机械修整技比较，实验的 结果表明新的激光辅助修整和装饰技术比传统的单一金刚石方法有很多的优势，当维持修整的精确性在相同的水平时，激光辅助修整的效率要传统的修整高的多，大约为其 5倍。金刚石修整器的在激光辅助修整中的磨损速度要比机械的修整慢的多。另外，在激光辅助修整中修整力的特征也显示出了不同，特殊修整压要比在机械修整中小的多，推力与切削力的比率在激光辅助修整中也你在机械修整中小的多，在第一个修整周期后激光辅助修整和机械修整得到类似的砂轮表面轮廓，在第二次后却不相同。当由机械修整研磨的突起得到砂轮表面特征，在连续修整之后激光辅助修整得 一致的砂轮特征。这个的不同应归于两种修整技术之间的金刚石修整器的磨损速度的不同。激光辅助修整的修整力的特征与机械修整的不同也被发现， 3维的修整力要比传统的小的多，与激光援助、机械修整不同，在激光辅助修整中推力占切削力的比率稍微和机械修整不同。调查修整碎片装置和砂轮表面条件后显示下面的排屑装置和激光辅助修整、传统的修整方法有很大的不同，在这种形式下，碎片主要是氮化硼微粒的尺寸大小为6070微米，后来主要是由修整器穿过玻璃状结合物生成的微小的陶瓷粉末。机械修整后在砂轮表面有大量的微小的陶瓷粉末黏附着，在激光辅 助修整后产生完美的多孔结构，激光辐射在砂轮结合剂氮化硼研磨剂上，在激光发射还没有切削时检验砂轮的表面特征，显示在砂轮的表面熔化的陶瓷结合物又重新凝固。这个提议激光辅助修整和装饰本质是依赖于激光辐射使硬的陶瓷结合物变软并很容易去处。 毕业设计 (论文 ) 29 谢辞 在本设计完成过程中，我的导师王艳老师给了我很大帮助和教诲，我的好友扬陈同学以及室友黄成专同学给了我很大的帮助和方便，在此表示衷心的感谢；同时也 感谢各位老师在我大学四年的学习生涯中，在各科目的学习中给予我的指导和帮助，对所选参考文献的作者一并表示感谢。 毕业设计 (论文 ) 30 参考文献 1 唐兴伦等， ANSYS 工程应用教程，中国铁道出版社。 2 王艳等，激光辅助机械修整金刚石砂轮的温度场分析，中国激光， 2005 第 3 期。 3 张朝辉等， ANSYS 工程应用 范例入门与提高，清华大学出版社。 4 全堕型 史兴宽等，激光修整金刚石砂轮的研究。 5 王艳等，金刚石砂轮的激光修整技术，上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200030。 6 薄宵，磨工实用技术手册，江苏科学技术出版社。 7 倪栋，段进等，通用有限元分析 ANSYS7.0 实例精解，电子工业出版社。 8 康任科等，激光修整金刚石砂轮的研究，西北工业大学学报， 1999 年 11 月第 4 期。 9 傅文宏等，金刚石砂轮的激光修整技术研究，机械学报， 2004 年第 4 期。 10 王艳等，金刚石砂轮修整新技术的研究，电加工与模具， 2003 年第 5 期。