大功率、大扭矩摆角铣头结构热特性分析.docx

大功率、大扭矩摆角铣头结构热特性分析
摘要
本文主要研究大功率、大扭矩摆角铣头的结构热特性，运用有限元模拟分析方法，采用ANSYS软件对摆角铣头的温度场和热变形进行了仿真分析。研究表明，摆角铣头的结构在使用过程中存在着较大的热失稳现象，热变形和热应力都可能会对铣削的质量和稳定性产生一定的影响。通过对热特性的研究，可以提高摆角铣头在生产实践中的稳定性和准确性，为推动制造业进步提供参考。
关键词：大功率、大扭矩摆角铣头；热特性；有限元模拟；热失稳
Abstract
Thispapermainlystudiesthethermalcharacteristicsofthestructureofhigh-powerandhigh-torqueswinganglemillinghead.Byusingthefiniteelementsimulationanalysismethod,ANSYSsoftwareisusedtosimulateandanalyzethetemperaturefieldandthermaldeformationoftheswinganglemillinghead.Theresearchshowsthatthereisasignificantthermalinstabilityphenomenoninthestructureoftheswinganglemillingheadduringuse,andthermaldeformationandthermalstressmayhaveacertainimpactonmillingqualityandstability.Throughthestudyofthermalcharacteristics,thestabilityandaccuracyoftheswinganglemillingheadinpracticalproductioncanbeimproved,providingreferenceforpromotingtheprogressofmanufacturingindustry.
Keywords:high-power,high-torqueswinganglemillinghead;thermalcharacteristics;finiteelementsimulation;thermalinstability
1.引言
摆角铣头广泛应用于航空、航天、军工、汽车等各个领域的高效铣削加工中[1]。在铣削过程中，摆角铣头需要承受较大的剖面力和剖面力矩，因此，结构设计的合理性和稳定性对摆角铣头的加工效率和加工质量具有重要影响[2]。然而，在高温环境下，摆角铣头还会遭受热膨胀、热变形等问题，进一步影响加工精度和稳定性[3]。因此，深入研究大功率、大扭矩摆角铣头的结构热特性具有重要的实际应用价值。
2.铣头结构的热特性分析
2.1有限元模型建立
为了研究摆角铣头在高温环境下的热特性，本文通过有限元模拟的方法，采用ANSYS软件建立了摆角铣头的三维模型[4]。该铣头的材料选用高强度钢，具有较好的高温强度和韧性，并且适合各种工况下的铣削加工。
2.2温度场分析
在进行模拟前，需要先对摆角铣头的热源进行建模和分析。摆角铣头在使用过程中，主要通过电加热方式进行加热，因此，可以将摆角铣头的电加热源建立成体热源[5]。为了更好地接近实际情况，本文采用了恒流恒功率加热模式，即模拟摆角铣头在加工前进给和空载回程中的加热过程。在加热过程中，温度随时间的变化情况如图1所示。
图1摆角铣头温度变化示意图
从图1中可以看出，在加热的过程中，摆角铣头的温度呈现出逐渐上升的趋势，直至达到一个稳定状态，此时温度全部由热源提供。
2.3热变形分析
在摆角铣头在加热过程中，也会发生热膨胀和热变形等现象，从而影响加工精度和稳定性。因此，热变形的分析也是研究摆角铣头热特性的重要环节。
图2摆角铣头温度分布图
如图2所示，在加热过程中，摆角铣头受热后，在轴向和径向方向上都发生热膨胀，同时，由于摆角铣头的结构特殊，加热部分的热膨胀产生的热变形较大。图3是结构变形随时间的变化情况。
图3摆角铣头热变形
从图3中可以看出，在加热过程中，摆角铣头的热变形主要集中在加热部分，且热变形随着时间的推移而逐渐加剧，导致铣削精度和稳定性较低。
3.结论
通过对大功率、大扭矩摆角铣头的结构热特性分析，本文得出了以下几个结论：
（1）摆角铣头在高温环境下存在较大的热失稳现象，热变形和热应力都可能会对铣削的质量和稳定性产生一定的影响；
（2）在摆角铣头的使用过程中，有限元仿真分析可以有效地预测和控制热变形和热应力，提高加工的稳定性和准确性；
（3）针对摆角铣头的热失稳问题，可以通过改进结构设计、改进材料和加强散热等方式来提高摆角