基于Deform3D的深孔钻削温度场仿真研究0武夷山
时间：2022/07/26 22:02:31 编辑：
基于Deform 3D的深孔钻削温度场仿真研究
基于Deform 3D的深孔钻削温度场仿真研究 切削热是切削过程中的重要物理现象之一。切削时所消耗的能量，除了l％～2％用以形成新表面和以品格扭曲等形式形成潜藏能以外，有98％～99％转换为热能。在加工过程中，切削温度的升高无论是对刀具耐用度，还是对工件加工精度和表面质量都有很大的影响，因此对切削温度的研究显得尤为重要。 在深孔加工过程中产生的切削热远大于普通车削加工，并且义不能采用普通T式车削加工中通过提高切削速度而加快散热的方法(这会造成无法排屑及刀具急剧磨损)。由于刀具和工件在半封闭的情况下运行的，切削刃附近很难放置传感器，从而难以直接测量局部切削区的切削温度。国内虽有部分研究者利用远红外传感技术采集切削温度，但只能测得整个切削区域的平均温度，无法深入研究和分析切削机理及切削区温度场分布。 随着计算机技术(硬件、软件)和有限元理论在各学科领域的拓展，使得应用相关手段对深孔切削过程温度场进行数值模拟分析成为可能。有限元模拟技术在切削过程中的应用，可使过程分析形象化和可视化，从而节省人量的人力和物力。 本文利用Deform软件对深孔钻削过程中的温度场进行模拟，得出切削区的温度场分布情况，为研究深孔钻削过程提供有利的参考依据。1 有限元软件Deform的简介 随着有限元技术在金属塑性成形方而理论研究的迅猛发展和计算机技术的成熟，出现了像美国的ALPID、Deform、AUT0—FORGE以及法国的FORGE3等专业有限元数值分析系统。针对深孔切削热难测量的特点，本文选择Deform一3D作为分析工具。 Deform一3D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维流动，在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。适用于热、冷、温成形，包括锻造、挤压、镦粗、轧制、自由锻、弯曲、机械加上和其它成形加上手段。提供极有价值的工艺分析数据，如材料流动、切削应力、模具填充、锻造负荷、模具应力、品粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。Deform一3D是模拟3D材料流动的理想工具，而且易于使用。系统中集成了在任何必要时能够自行触发自动网格重划生成器，生成优化的网格系统。在要求精度较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低题目的规模，并显著提高计算效率。2 几何模型的建立2．1深孔钻削条件和仿真参数的确立 在深孔钻削加上中，如图1所示，ap为钻削孔径dw(或钻头直径d)的一半，即：
在钻削加工时，钻削刀具用单刃内排屑深孔钻(φ20 mm，材料YG8硬质合金)，工件材料为4 5#，尺寸φ40×300 mm。具体切削条件及参数见表1。
2.2深孔钻几何模型的建立 在几何模型建立过程中，为了网格划分的方便以及分析的简化，本文简化了实体的结构，并省掉了一些工艺尺寸，如图2所示。
3 深孔钻削温度场的有限元分析3．1预处理设置 预处理设置作为加上仿真分析的准备工作，主要完成前处理设置、生产数据库和模拟运算三个步骤。 1)工作条件的设定：选择机械加上类型为钻削，单位标准SI，切削速度600 r／min，进给量0.05 mm／r，环境温度20°C，工件接触面摩擦因数0.3、传热系数75．4 N／sec／mm／C。 2)刀具和工件的设定：刀具为tool／elastic，工件为workpiece／plastic。定义材料属性，从材料库中选取工件为45#，刀具为硬质合金。 3)确定对象的位置和接触边界条件。核对并生成数据库。退出前处理器。刀具和工件的起始位置如图3所示。
4)仿真条件设定：设定仿真步数1 500步，选择仿真的间隔步数25，每隔25步数据将会自动保存；选择迭代算法为Newton—Raphson算法。 5)生成数据库并完成模拟运算。3．2 结果分析 查看钻削结果，并提取，v=600 r／mm，f=0．0 5 mm／r时step一1，300，600，900，1 200，1500温度场分布图，如图4所示。
图5是最高切削温度随子步变化曲线，表明切削的初始阶段，温度上升很快。随着切削的进行，温度的变化将减缓。
4 结语 本文在有限元理论的基础上，建立了深孔钻削的有限元模型，应用有限元软件Deform对深孔钻过程中单刃内排屑钻温度场进行模拟，得到在切削过程中深孔钻头温度的最高值变化图。因此，基于Deform一3D对深孔钻削中温度场的模拟可为研究深孔钻削提供一种新途径。