小直径钻头钻削加工的有限元仿真分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
削扭矩 Ｍ ＝ ０ ． ０ １ ２ Ｎ・ Ｉ ｎ 。将 三维 模 型导 入 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ
软件 中 ， 添加 高速 钢 的材 料 特性 ， 进 行 网格 划 分 得 单元 数 目 为８ ０ １ ７ ９个 ， 节 点数 为 １ ６ ２ ７ ５ ２个 。设 置 约束 条 件 ， 并 将 轴 向 力 Ｆ均 布 在 横 刃 和两 条 主切 削 刃 上 ， 将 扭 矩 Ｍ 均 布 在两 条 主切 削 刃上 ， 求解 的结果 如 图 １所示 等 效应 力 主要 分 布在 钻 头两 条 主切 削刃 、 横刃 、 刃带和螺旋槽处 ， 即 图 １中 １点 处 ， 最大值 为 ３ ９ ７ ８ ． ３ ４— ４ ４ ７ ５ ． ７ ＭＰ ａ 。 图 １中 ４ 、 ５ 、 ６点处 的等 效
第２ ３卷
第 １ ２期
长
春
大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ２ ３ Ｎｏ ．１ ２ Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ ＨＡ ＮＧＣ ＨＵ Ｎ ＵＮＩ ＶＥ ＲＳ Ⅱ＇ Ｙ
小 直 径 钻 头 钻 削 加 工 的 有 限 元 仿 真 分 析
Ｆ＝Ｃ Ｆ ｄ Ｋ ｒ （ １ ）
Ｍ ＝Ｃ Ｍ 尹 Ｋ Ｍ
２ 、 ）
其中 ： ｄ — — 钻头 直径 ， ｍ ｍ
每转 进 给量 ， ｍｍ ／ ｒ ； ｚ 、 Ｙ
、 Ｙ Ｍ —— 影 响 ； 、 — — 钻孔 条件 变化 后 的修 正系数 。
应 力分 别 是 ３ １ ５ ８ ． １ ＭＰ ａ 、 ７ １ ６ ． ６ ８ ＭＰ ａ 、 １ ２ １ ． ２ ３ ＭＰ ａ ， 表 明沿 着
１ ． 横 刃转点 ４ ． 外缘转点 ２ ． 横刃 ３ ． 主切削刃中点 ６ ． 钻头柄部一点
钻 头 Ｙ 向等效应 力 逐 渐 变 小 。 由图 ２所 示 ， 钻头在轴 向（ Ｙ
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ５ １ ９ ． １ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９— ３ ９ ０ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ｌ ２—１ ５ ７ ９— ０ ４
Ｏ 引 言
近 些 年来 ， 航 空航 天 、 电子、 医疗 器 械 、 仪 表 仪 器 等 机 械 系 统 中 的零 件 对 小 孑 Ｌ 加 工 提 出 了 高 精 度 的要
第１ ２期
冯朝 辉 ， 等： 小 直径 钻头钻削加工的有限元仿真分析
表 ３ 不 同槽 长 的静 力 学分 析 结 果
ｌ ５ ８ １
ｌ ０
０． ０６ ８３ ０． ０７ ８６ ０． ０８ ７ ９ Ｏ． Ｏ ９３ ９
钻 头 的静力 学分 析 和模 态 分析 ， 系统 研 究麻 花钻 头 的夹持 长度 、 螺旋槽 槽 长 、 材 料特 性对麻 花 钻头强 度 、 刚度 的影 响规律 ， 为提 高 钻头 的钻 削性 能 和使 用 寿命 提供 理论 基础 。
１ 麻 花钻 头钻削力和钻削扭矩
小 直径 钻削 过程 中 ， 进 给量 一般 取 钻头 直径 的 ２ ％一 ３ ％＿ ３ ］ 。钻 头轴 向力 Ｆ主要 分布 在钻 头 两条 主 切削 刃 和横 刃上 ， 一般 横 刃 占 ５ ７ ％， 两 条 主切 削刃 占 ４ ３ ％， 钻头钻 削扭 矩 Ｍ 主要 分 布在两 条 主切削 刃上 ：
２ 基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ小 直 径 钻 头 静 力 学 分 析
本 文 的小直 径钻 头钻 削加 工分 析参 数 为 ： 钻 头直径 ｄ＝１ ｍ ｍ， 锋角 ２ ＝１ １ ８ ０ ， 螺旋 角 ＝１ ４ ． ７ 。 ， 槽长 ｚ ＝ １ ２ ｍｍ， 总长 ＝ ３ ４ ｍｍ， 利用 Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ软 件对 麻 花钻 头 进行 建模 。工 件材 料 ４ ５钢 ， ＝ ０ ． ０ ２ ｍｍ ／ ｒ ， Ｋ Ｆ＝１ ． １ ９ ７、 Ｋ ｕ＝ ０ ． ８ ７ 、Ｃ Ｆ ＝ ６ ０ ０、 Ｃ Ｍ＝ ０ ． ３ ０ ５ 、 ＝１ 、 Ｙ ， ＝０ ． ７ 、 Ｍ： ： ２ ． ０ 、 Ｙ ＝ ０ ． ８ ， 由式 （ １ ） 、 （ ２ ） 求 的轴 向力 Ｆ＝４ ６ ． ４ Ｎ， 钻
求¨ ］ ， 目前小孔加工方法常用的还是机械钻孔 ］ ， 小孔直径一般为 ９ １ 一 ￣ ３ ｍ ｍ。因钻头的直径小 、 易在钻孔 中出现弯曲、 折断等现象。本文选高速钢的 ‘ ｐ １ ｍ ｍ钻头 ， 钻削 ４ ５ 钢， 基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ软件进行小直径
冯朝辉 ，张学忱
（ 长春理 工大学 摘 机电工程学院 ，长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
要： 针对 小直径钻 头在钻 削过程 中出现的 弯曲、 折 断 问题 ， 利用 Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ软 件建 立 了小直径麻花钻 头的三 维模
型， 基于Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ软件 分析 了钻 头钻削时的 固有频率、 变形 、 应力应 变的变化规律 ， 分析 了钻头 夹持 长度 、 螺旋槽 长 、 材料等 因素对钻 头强度和刚度的影响 ， 提 出了相应的措施 来增强钻头的性能。 关键 词 ： 三 维模型 ； 小直径麻花钻 头； 有限元分析 ； 刚度 ； 强度
５ ． 螺旋槽一点
图１ ￣ ｌ ｍ ｍ直柄麻花钻等效应力图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ １ ０ ． １ １
作者简介 ： 冯朝辉 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 河 南鹤壁人 ， 硕 士研 究生 ， 主要从事机械精密加工技术研究 。 张学忱 （ １ ９ ６ ３ ． ） ， 女， 吉林 长春人 ， 教授 ， 博士 ， 主要从 事工程图学 ， 机械精密加工技术研究 。
软件 中 ， 添加 高速 钢 的材 料 特性 ， 进 行 网格 划 分 得 单元 数 目 为８ ０ １ ７ ９个 ， 节 点数 为 １ ６ ２ ７ ５ ２个 。设 置 约束 条 件 ， 并 将 轴 向 力 Ｆ均 布 在 横 刃 和两 条 主切 削 刃 上 ， 将 扭 矩 Ｍ 均 布 在两 条 主切 削 刃上 ， 求解 的结果 如 图 １所示 等 效应 力 主要 分 布在 钻 头两 条 主切 削刃 、 横刃 、 刃带和螺旋槽处 ， 即 图 １中 １点 处 ， 最大值 为 ３ ９ ７ ８ ． ３ ４— ４ ４ ７ ５ ． ７ ＭＰ ａ 。 图 １中 ４ 、 ５ 、 ６点处 的等 效
第２ ３卷
第 １ ２期
长
春
大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ２ ３ Ｎｏ ．１ ２ Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ ＨＡ ＮＧＣ ＨＵ Ｎ ＵＮＩ ＶＥ ＲＳ Ⅱ＇ Ｙ
小 直 径 钻 头 钻 削 加 工 的 有 限 元 仿 真 分 析
Ｆ＝Ｃ Ｆ ｄ Ｋ ｒ （ １ ）
Ｍ ＝Ｃ Ｍ 尹 Ｋ Ｍ
２ 、 ）
其中 ： ｄ — — 钻头 直径 ， ｍ ｍ
每转 进 给量 ， ｍｍ ／ ｒ ； ｚ 、 Ｙ
、 Ｙ Ｍ —— 影 响 ； 、 — — 钻孔 条件 变化 后 的修 正系数 。
应 力分 别 是 ３ １ ５ ８ ． １ ＭＰ ａ 、 ７ １ ６ ． ６ ８ ＭＰ ａ 、 １ ２ １ ． ２ ３ ＭＰ ａ ， 表 明沿 着
１ ． 横 刃转点 ４ ． 外缘转点 ２ ． 横刃 ３ ． 主切削刃中点 ６ ． 钻头柄部一点
钻 头 Ｙ 向等效应 力 逐 渐 变 小 。 由图 ２所 示 ， 钻头在轴 向（ Ｙ
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ５ １ ９ ． １ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９— ３ ９ ０ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ｌ ２—１ ５ ７ ９— ０ ４
Ｏ 引 言
近 些 年来 ， 航 空航 天 、 电子、 医疗 器 械 、 仪 表 仪 器 等 机 械 系 统 中 的零 件 对 小 孑 Ｌ 加 工 提 出 了 高 精 度 的要
第１ ２期
冯朝 辉 ， 等： 小 直径 钻头钻削加工的有限元仿真分析
表 ３ 不 同槽 长 的静 力 学分 析 结 果
ｌ ５ ８ １
ｌ ０
０． ０６ ８３ ０． ０７ ８６ ０． ０８ ７ ９ Ｏ． Ｏ ９３ ９
钻 头 的静力 学分 析 和模 态 分析 ， 系统 研 究麻 花钻 头 的夹持 长度 、 螺旋槽 槽 长 、 材 料特 性对麻 花 钻头强 度 、 刚度 的影 响规律 ， 为提 高 钻头 的钻 削性 能 和使 用 寿命 提供 理论 基础 。
１ 麻 花钻 头钻削力和钻削扭矩
小 直径 钻削 过程 中 ， 进 给量 一般 取 钻头 直径 的 ２ ％一 ３ ％＿ ３ ］ 。钻 头轴 向力 Ｆ主要 分布 在钻 头 两条 主 切削 刃 和横 刃上 ， 一般 横 刃 占 ５ ７ ％， 两 条 主切 削刃 占 ４ ３ ％， 钻头钻 削扭 矩 Ｍ 主要 分 布在两 条 主切削 刃上 ：
２ 基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ小 直 径 钻 头 静 力 学 分 析
本 文 的小直 径钻 头钻 削加 工分 析参 数 为 ： 钻 头直径 ｄ＝１ ｍ ｍ， 锋角 ２ ＝１ １ ８ ０ ， 螺旋 角 ＝１ ４ ． ７ 。 ， 槽长 ｚ ＝ １ ２ ｍｍ， 总长 ＝ ３ ４ ｍｍ， 利用 Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ软 件对 麻 花钻 头 进行 建模 。工 件材 料 ４ ５钢 ， ＝ ０ ． ０ ２ ｍｍ ／ ｒ ， Ｋ Ｆ＝１ ． １ ９ ７、 Ｋ ｕ＝ ０ ． ８ ７ 、Ｃ Ｆ ＝ ６ ０ ０、 Ｃ Ｍ＝ ０ ． ３ ０ ５ 、 ＝１ 、 Ｙ ， ＝０ ． ７ 、 Ｍ： ： ２ ． ０ 、 Ｙ ＝ ０ ． ８ ， 由式 （ １ ） 、 （ ２ ） 求 的轴 向力 Ｆ＝４ ６ ． ４ Ｎ， 钻
求¨ ］ ， 目前小孔加工方法常用的还是机械钻孔 ］ ， 小孔直径一般为 ９ １ 一 ￣ ３ ｍ ｍ。因钻头的直径小 、 易在钻孔 中出现弯曲、 折断等现象。本文选高速钢的 ‘ ｐ １ ｍ ｍ钻头 ， 钻削 ４ ５ 钢， 基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ软件进行小直径
冯朝辉 ，张学忱
（ 长春理 工大学 摘 机电工程学院 ，长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
要： 针对 小直径钻 头在钻 削过程 中出现的 弯曲、 折 断 问题 ， 利用 Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ软 件建 立 了小直径麻花钻 头的三 维模
型， 基于Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ软件 分析 了钻 头钻削时的 固有频率、 变形 、 应力应 变的变化规律 ， 分析 了钻头 夹持 长度 、 螺旋槽 长 、 材料等 因素对钻 头强度和刚度的影响 ， 提 出了相应的措施 来增强钻头的性能。 关键 词 ： 三 维模型 ； 小直径麻花钻 头； 有限元分析 ； 刚度 ； 强度
５ ． 螺旋槽一点
图１ ￣ ｌ ｍ ｍ直柄麻花钻等效应力图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ １ ０ ． １ １
作者简介 ： 冯朝辉 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 河 南鹤壁人 ， 硕 士研 究生 ， 主要从事机械精密加工技术研究 。 张学忱 （ １ ９ ６ ３ ． ） ， 女， 吉林 长春人 ， 教授 ， 博士 ， 主要从 事工程图学 ， 机械精密加工技术研究 。