有限元麻花鉆鉆孔分析

1、有限元麻花鉆鉆孔分析【摘要】： 隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展,CAD/CAM/CAE技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,從根本上改變了傳統(tǒng)機械設(shè)計的步驟和分析方法。有限單元法和大量商業(yè)有限元軟件的出現(xiàn)也為刀具機床系統(tǒng)的設(shè)計提供了前所未有的新模式。以前需要切削大量金屬的切削實驗如今已經(jīng)可以通過軟件在計算機上得到仿真,對生產(chǎn)實際具有重要的指導(dǎo)意義。 對有限單元法的理論基礎(chǔ)和本文所使用的軟件進行了介紹。重點內(nèi)容放在了運用有限元軟件(ANSYS)和三維造型軟件(Pro/Engineer)進行建模和分析的方法介紹上。選取了具有代表性的某標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆作為實體建模對象,給出該模型在建立過程中的一些簡化方案,并對前人的模型

2、進行一些修正和總結(jié)。 前言 在金屬零件的各種加工方法中，精度和表面質(zhì)量要求較高的零件幾乎都要進行鉆削加工。鉆削時,工件的表面不可避免地產(chǎn)生大小不同的殘余應(yīng)力, 這種分布不均勻的殘余應(yīng)力會使工件發(fā)生變形，影響工件的形狀和尺寸精度。本課題擬采用有限元方法建立起二維金屬鉆削仿真模型，對整個加工過程中工件的受力情況及加工后已加工表面的殘余應(yīng)力的分布情況進行數(shù)值模擬，這對工程中的實際應(yīng)用具有重要的意義。主要研究內(nèi)容有：（1）二維金屬鉆削有限元模型的建立；（2）加工過程中工件受力情況的有限元分析；（3）已加工表面殘余應(yīng)力分布情況的有限元分析。 麻花鉆的結(jié)構(gòu)麻花鉆是一種形狀較復(fù)雜的雙刃鉆孔或擴孔的標(biāo)準(zhǔn)刀具。

3、 一般用于孔的粗加工（IT11以下精度及表面粗糙度Ra256.3um），也可用于加工攻絲、鉸孔、拉孔、鏜孔、磨孔的預(yù)制孔。 一麻花鉆的構(gòu)造，一般由三部分組成：裝夾部分：是鉆頭的尾部，用于與機床聯(lián)接，并傳遞扭矩和軸向力。按麻花鉆直徑的大小，分為直柄（直徑12mm）兩種。頸部：是工作部分和尾部間的過渡部分，供磨削時砂輪退刀和打印標(biāo)記用。直柄鉆頭沒有頸部。二鉆頭的工作部分工作部分：是鉆頭的主要部分，前端為切削部分，承擔(dān)主要的切削工作；后端為導(dǎo)向部分，起引導(dǎo)鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分。有兩條對稱的螺旋槽，是容屑和排屑的通道 導(dǎo)向部分磨有兩條棱邊，為了減少與加工孔壁的摩擦，棱邊直徑磨有(0.03

4、0.12)100的倒錐量(即直徑由切削部分頂端向尾部逐漸減小)，從而形成了副偏角r。麻花鉆的主要幾何參數(shù)基面 通過該點又包括鉆頭軸線的平面。由于切削刃上各點的切削速度方向不同，故基面也就不同。切削平面 切削刃上任意一點的切削平面是包含該點切削速度方向，而又切于該點加工表面的平面。切削刃上各點的切削平面與基面在空間互相垂直，且位置是變化的。1.螺旋角：鉆頭螺旋槽最外緣處螺旋線的切線與鉆頭軸線間的夾角。頂角 ：兩主切削刃在與其平行的軸向平面上投影之間的夾角，頂角是鉆頭在刃磨測量時的幾何角度。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的2 =118，此時的主切削刃是直線。主偏角：主偏角與頂角不同，它是主切削刃在基面上的投影與進給方

5、向的夾角。由于主切削刃各點基面位置不同，故主切削刃各點的主偏角是變化的。 前角：在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面間的夾角。由于鉆頭的前刀面是螺旋面，且各點處的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各處的前角也是不相同的，由外緣向中心逐漸減小。后角：在假定工作平面（即以鉆頭軸線為軸心的圓柱面的切平面）內(nèi)測量的切削平面與主后刀面之間的夾角。麻花鉆頭的受力分析鉆頭建立模型利用proe.軟件建立如圖的鉆頭模型。且此模型是經(jīng)過了一定的簡化處理的。鉆頭直徑30mm，全長260mm頂角120。2.導(dǎo)入模型到ANSYS軟件中如下圖是導(dǎo)入的模型。所建立的是一個麻花鉆鉆頭。鉆頭結(jié)構(gòu)比較簡單，沒有需要在ANSYS軟

6、件中補畫的部分，所以可以直接使用此模型進行劃分網(wǎng)格和加載分析等操作。材料的分配材料選用合金鋼。查資料知其彈性模量E和泊松比。將數(shù)據(jù)輸入軟件中如圖然后確定材料類型。4.劃分網(wǎng)格由于鉆頭曲線復(fù)雜。不易劃分為均勻單元格類型。因此選用只能劃分網(wǎng)格的模式。最小單元格為6. 這樣可以減小計算量，但是同時降低了一定的精確度。6加載載荷固定鉆頭底部平面。對鉆頭頂部的面施加壓強，模擬橫刃上的受力。大小為1000MPa。7.計算分析選擇ANSYS菜單里SolutionSolveCurrent LS計算結(jié)果如圖8.結(jié)果分析如結(jié)果所示。紅色和黃色區(qū)域為受力大的區(qū)域。可見鉆頭在工作過程中中心部分所受的合力大于外側(cè)。且自

7、頂部受力往下依次遞減。其中，最大受力為：5616MPa最小受力為：105.665MPa綜上所分析，在鉆頭的工作過程中需要心部有足夠的強度和剛度。以承受壓力保持工作的穩(wěn)定性。參考文獻：1 于鳳云,馬光鋒,孫明. HYPERLINK /Article/CJFDTOTAL-FXKY200006031.htm%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09 t _blank EH360高強度鋼的鉆削加工性J，遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000.2 王國成. HYPERLINK /Article/CJFDTOTAL-KSJX200502060.htm%09%09%

8、09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09 t _blank 高錳鋼的鉆削加工J，礦山機械，2005.3 賀赟暉. HYPERLINK /Article/CDMD-10359-2006073165.htm%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09 t _blank 盲孔法中彈性階段釋放系數(shù)的數(shù)值計算方法研究D，合肥工業(yè)大學(xué)，2006.4 李華. HYPERLINK /Article/CDMD-10150-2007213281.htm%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09 t _blank 焊接接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬D,大連交通大學(xué)論文,2007.5 鉆削加工應(yīng)變對盲孔法測定焊接殘余應(yīng)力的影響.焊接學(xué)報,1986,76 高印寒,張振烈J，吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),1990.7 余傳禧.