zny850210
江蘇安全技術職業學院 機械工程系
摘 要：在大多數情況下，提高切削參數比增加刀具壽命更利於獲得高利潤，但優化後的切削參數往往忽略刀具磨損的影響。本文以制動盤為切削載體，以DEFORM為仿真平臺，建立切削仿真模型，研究了優化後的切削參數對刀具磨損影響，仿真結果與實際切削過程一致，驗證了仿真的有效性，從而為研究者提供了一種選擇合理優化參數的方法。
關鍵詞：deform；有限元；刀具磨損
不同切削用量之間的交互作用對刀具耐用度的影響各不相同，通過對優化的三組數據分析，不難發現，優化切削參數的取值整體比經驗參數要大。為進一步驗證優化後切削參數組合的合理性，把刀具磨損作為一個測量點，分別採用優化後切削參數和經驗切削參數對刀具的磨損情況，進行二者之間的比較。刀具磨損通常情況下不易測量獲取到，往往通過觀察的方法來設定。DEFORM通過設置相應的切削參數和工藝參數後，在後處理中就可對刀具應力、刀具磨損、切削溫度等重要數據進行分析。
1前處理設置
在DEFORM-3D中，設置加工類型為車削，系統單位選擇國際單位制，仿真模式為熱傳遞和變形，迭代方法選擇直接迭代法。刀具為WC硬質合金，型號為DNMA432，材料類型設置為剛性，刀具劃分30000個網格。制動盤材料為Q235-B，彈性模量E=2.1×1011N/m^2,泊松比μ=0.274,質量密度=7830 kg/m^3，工件選擇塑性體，採用絕對網格尺寸，最小網格尺寸為進給量的25%。定剪摩擦因子0.6，熱傳導係數為43N/sec /mm/℃，刀具起初溫度為20℃。步數存儲增量25，總共模擬步數為1500步，切削弧長6.5mm。
為便於在後處理中查看刀具磨損情況，使用Usui模型來計算刀具磨損，如公式1所示。依據經驗值，實驗校正因子a、b分別取0.0000001和855。將表5-2中優化參數組合2和經驗參數兩組數據，分別輸入到切削參數對話框中，完成前處理設置。
式中，W為磨損深度；P為界面壓力；ve為滑動速度；T為絕對界面溫度。
2後處理分析
從圖1可知，刀具磨損首先發生在刀尖切削工件位置，等量磨損值連成的曲線呈現不規則閉合線，閉合線形狀由工件形狀、刀具劃分網格數、硬度以及選取的步數值等多種因素共同決定，磨損量由內到外依次不規則遞減，隨
著切削時間延長磨損值不斷增大，刀具後刀面開始出現磨損，磨損量與切削時間近似地成正比列增加。
圖1不同時間步下刀具磨損深度
圖2兩組切削參數下刀具界面溫度試驗
圖2是兩組不同參數下刀具界面溫度，從圖中可以看出，切削過程中產生的熱量主要集中在刀尖位置。a圖是採用經驗數據下模擬刀具界面溫度試驗，從整個模擬過程來看，溫度隨著時間步數不斷在升高，到達391℃後，趨於平穩。在b圖中由於切削參數比a圖的切削參數要大，從而b圖中刀具界面溫度比a圖的高55℃。
圖3兩組切削參數下刀具磨耗率試驗
圖3是兩組不同切削參數下刀具磨損深度仿真試驗，在同等條件下，經驗參數下刀具磨損最大深度為0.00000296mm,優化參數下刀具磨損最大深度為0.00000332mm，數值幾乎相當。
3結論
本文研究中採用 YT5硬質合金刀具車削ZK514型捲筒制動盤，通過刀具磨損試驗，在給定優化後切削參數範圍內，刀具耐用度在制動盤加工中均滿足加工要求。綜上所述，對於給定的切削深度和進給量組合，在特定的切削速度範圍內，刀具的損耗是安全、可預測且可控制的，加快的刀具磨損並不會過度增加切削成本。以上試驗結果驗證，研究獲取的優化參數是可行、合理的，具有較好的實用性。
參考文獻
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