基于DEFORM―3D的螺旋锥面钻尖的钻削仿真分析.doc

基于DEFORM―3D的螺旋锥面钻尖的钻削仿真分析.doc 基于DEFORM―3D的螺旋锥面钻尖的钻削仿真分析 摘 要:本文通过将Pro/E与MATLAB生成的螺旋锥面钻尖的三维模型导入DEFORM-3D，建立有限元模型并进行动态仿真，该方法提高了螺旋锥面钻尖的研发效率并节省研发成本。 关键词:钻削;仿真;DEFORM-3D;有限元法 1 前言 普通锥面麻花钻的存在定心不好、轴向力和扭矩比较大，并且时有翘尾等缺点 [1]。针对现状，基于锥面和螺旋面钻尖的螺旋锥面钻尖技术的研究提上日程。本文利用Pro/E与MATLAB软件完成了整个螺旋面钻尖三维造型，而后导入DEFORM-3D进行数据处理。 3 模型网格划分与边界条件设定 3.1 模型网格划分 钻头和工件网格划分均采用绝对类型，钻头size radio设为2，最小单元边长为0.4mm，工件网格size radio 设为4，最小单位边长为0.4mm，将工件材料中欲切除部分附近的网格细分，最小单元边长为0.1mm。刀具和工件的局部网格划分结果如图1所示。麻花钻设置为刚体，钻头设置为Primary die，工件设置为塑性。本文中只取了麻花钻的一部分，这样能够减少计算时间[3]。在仿真控制中设步数为2000步，步长0. 05，仿真模式为热传递和变形，变形求解器采用Sparse解法。 3.2 边界条件设定 工件材料选为ANSI―1045钢(同45钢)，直径钻头d=10mm，沿-Z轴进给，进给量0.25mm/rec，转动中心为((0，0，0)(转动中心随进给运动的变化而变，此为初值)，转速为800r/ min，转向为(0，0，1) 。 边界设置中，工件的圆周面的速度在X，Y，Z方向上为0，工具和刀具的所有面设定为与外界热传递，激活工件的体积补偿选项。对象间的关系设定刀具为主动，工件为从动。摩擦类型设为剪切摩擦。刀具磨损模型选用适合与金属切削的Usui’s模型。设定环境温度为20?，对流系数为0.02N/sec/mm/C，热传导系数为45N/sec/mm/C。最后生成数据库运行仿真。 4 钻削轴向力与应力的模拟结果及分析 当主轴转速为800rpm，进给量为0.18mm /r，钻削深度位移为3mm时，得到的刀具轴向力，钻头应力与温度分布。 4.1 轴向力 从图2可以看出，螺旋锥面麻花钻所受的轴向力上升的变化趋势要平缓的多。这是由于螺旋锥面麻花钻的横刃在XZ平面上呈弧形，在刚开始接触工件时，是有点接触，随着时间接触的面积是逐渐增加的，与理论分析相符。把力的仿真数据导出到文本文件，然后导入EXCEL里面可求其的平均值。 4.2 钻头应力 从图3可以看出，在设定的钻削条件下，刀具所受钻削应力与最大变形量均位于主切削刃处，这与理论分析结果相符。在实际的刀具开发设计过程中，可结合仿真结果，通过对主切削刃处的受力与变形情况进行定量分析而对钻头参数进行优化设计。 5 结论 针对螺旋锥面难以在DEFORM-3D创建三维模型缺点，本文创造性的提出利用MATLAB和PRO/E软件建立了螺旋锥面钻头的三维模型，并将它们分别导入DEFORM-3D软件的方法，并通过合理划分网格与设置边界条件，进行钻削过程进行仿真模拟，得到一系列仿真计算结果。通过修改三维模型参数，即可方便快捷的对所研发的刀具性能进行仿真验证，极大的避免了传统实验研究方法的成本高，耗费高等缺点，为优化刀具参数提供了科学依据。 参考文献: [1]倪志福，陈壁光.群钻[M].上海:上海科学技术出版社，1999:7-8. [2]王磊，王贵成.麻花钻三维实体模型的创建[J].工具技术，2007，41(06):75-78. [3]崔娜，王贵和.基于DEFORM 的数控钻削仿真研究[J].机械工程师，2013(06):101-102. 作者简介:关佳勤(1981-)，女，天津人，本科，助理工程师，研究方向:机械设计。