zny850210
江苏安全技术职业学院 机械工程系
摘 要：在大多数情况下，提高切削参数比增加刀具寿命更利于获得高利润，但优化后的切削参数往往忽略刀具磨损的影响。本文以制动盘为切削载体，以DEFORM为仿真平台，建立切削仿真模型，研究了优化后的切削参数对刀具磨损影响，仿真结果与实际切削过程一致，验证了仿真的有效性，从而为研究者提供了一种选择合理优化参数的方法。
关键词：deform；有限元；刀具磨损
不同切削用量之间的交互作用对刀具耐用度的影响各不相同，通过对优化的三组数据分析，不难发现，优化切削参数的取值整体比经验参数要大。为进一步验证优化后切削参数组合的合理性，把刀具磨损作为一个测量点，分别采用优化后切削参数和经验切削参数对刀具的磨损情况，进行二者之间的比较。刀具磨损通常情况下不易测量获取到，往往通过观察的方法来设定。DEFORM通过设置相应的切削参数和工艺参数后，在后处理中就可对刀具应力、刀具磨损、切削温度等重要数据进行分析。
1前处理设置
在DEFORM-3D中，设置加工类型为车削，系统单位选择国际单位制，仿真模式为热传递和变形，迭代方法选择直接迭代法。刀具为WC硬质合金，型号为DNMA432，材料类型设置为刚性，刀具划分30000个网格。制动盘材料为Q235-B，弹性模量E=2.1×1011N/m^2,泊松比μ=0.274,质量密度=7830 kg/m^3，工件选择塑性体，采用绝对网格尺寸，最小网格尺寸为进给量的25%。定剪摩擦因子0.6，热传导系数为43N/sec /mm/℃，刀具起初温度为20℃。步数存储增量25，总共模拟步数为1500步，切削弧长6.5mm。
为便于在后处理中查看刀具磨损情况，使用Usui模型来计算刀具磨损，如公式1所示。依据经验值，实验校正因子a、b分别取0.0000001和855。将表5-2中优化参数组合2和经验参数两组数据，分别输入到切削参数对话框中，完成前处理设置。
式中，W为磨损深度；P为界面压力；ve为滑动速度；T为绝对界面温度。
2后处理分析
从图1可知，刀具磨损首先发生在刀尖切削工件位置，等量磨损值连成的曲线呈现不规则闭合线，闭合线形状由工件形状、刀具划分网格数、硬度以及选取的步数值等多种因素共同决定，磨损量由内到外依次不规则递减，随
着切削时间延长磨损值不断增大，刀具后刀面开始出现磨损，磨损量与切削时间近似地成正比列增加。
图1不同时间步下刀具磨损深度
图2两组切削参数下刀具界面温度试验
图2是两组不同参数下刀具界面温度，从图中可以看出，切削过程中产生的热量主要集中在刀尖位置。a图是采用经验数据下模拟刀具界面温度试验，从整个模拟过程来看，温度随着时间步数不断在升高，到达391℃后，趋于平稳。在b图中由于切削参数比a图的切削参数要大，从而b图中刀具界面温度比a图的高55℃。
图3两组切削参数下刀具磨耗率试验
图3是两组不同切削参数下刀具磨损深度仿真试验，在同等条件下，经验参数下刀具磨损最大深度为0.00000296mm,优化参数下刀具磨损最大深度为0.00000332mm，数值几乎相当。
3结论
本文研究中采用 YT5硬质合金刀具车削ZK514型卷筒制动盘，通过刀具磨损试验，在给定优化后切削参数范围内，刀具耐用度在制动盘加工中均满足加工要求。综上所述，对于给定的切削深度和进给量组合，在特定的切削速度范围内，刀具的损耗是安全、可预测且可控制的，加快的刀具磨损并不会过度增加切削成本。以上试验结果验证，研究获取的优化参数是可行、合理的，具有较好的实用性。
参考文献
[1]魏效玲,王剑锋.基于DEFORM的刀具几何参数与切削力关系的研究[J]., 2014 (11) :11-13.
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