在模具制造業(yè)中钙勃，廣泛使用各種立銑刀高速加工型腔等復雜曲面薯湾。但是在采用小直徑銑刀高速銑削具有深槽或窄縫的模具時匾颁，刀具的非正常破損問題尤為嚴重，因此消除刀具的非正常破損現(xiàn)象猪出、降低刀具成本是生產(chǎn)中函待解決的問題妇乏。

　　由于很難測量刀具真實的受力和變形，因此有限元方法被應用于加工過程的分析鬓催。有限元方法已廣泛地應用于車削加工的分析研究肺素，但是，由于銑削加工的復雜性宇驾，人們設法應用有限元方法研究不同銑削條件下刀具的受力和變形倍靡。一些文獻提出了一個應用有限元仿真的高速切削過程預報模型，并應用于考慮刀尖半徑的車削及平面立銑加工课舍；對車削及平面立銑中的切削合力塌西、刀具應力和切削溫度進行了預報。另有文獻預言有限元不久將成為用于優(yōu)化切削條件及預報3D過程仿真切削參數(shù)的強有力的工具筝尾。但目前尚缺乏有關基于實驗數(shù)據(jù)基礎上對刀具變形進行仿真分析研究的報導捡需。

　　本文的主要工作是在前述研究的基礎上，應用有限元軟件ANSYS仿真分析在不同高速加工條件下忿等，小直徑立銑刀(?2mm)加工淬硬鋼時刀具的內(nèi)部應力栖忠、變形隨加工參數(shù)(軸向切削深度Ad崔挖、每齒進給量fz贸街、切削速度Vc)變化而變化的規(guī)律。以刀具的受力狸相、變形作為分析的優(yōu)化目標薛匪，得出Ad朗溶、fz的較佳取值范圍。通過分析和預測腥默，為優(yōu)選加工工藝參數(shù)彼窥，減少刀具磨損、改善工件表面粗糙度匿微、采用適應高速加工的編程策略等提供參考写阐。

　　1仿真條件

　　應用有限元ANSYS軟件仿真分析的條件是：先根據(jù)立銑刀的幾何參數(shù)和材料性能指標建立立銑刀的實體幾何模型、有限元模型翎味，再建立立銑刀的受力模型蝉择。

　　1.1立銑刀的實體模型

　　本文根據(jù)立銑刀幾何參數(shù)，通過Pro/e軟件民逾，建立了?2mm立銑刀的實體模型蛀植。

　　1.2立銑刀的有限元模型

　　將立銑刀的實體模型通過數(shù)據(jù)接口讀入分析軟件中，經(jīng)過修正垫凝、單元類型確定填要、材料屬性確定后劃分立銑刀的有限元網(wǎng)格。本文中?2mm硬質(zhì)合金立銑刀的有限元模型的網(wǎng)格劃分精度為3級仔戈，網(wǎng)格結點數(shù)為55,300关串。在立銑刀的網(wǎng)格圖上確定位移邊界條件就可以得到立銑刀的有限元模型。

　　1.3立銑刀的受力模型

　　立銑刀由于螺旋銑刀切削刃形狀復雜杂穷，影響切削力的因素更為復雜悍缠，不僅僅與進給速度、切削深度有關耐量，還與刀具的螺旋角飞蚓、懸伸量等等有關，切削力的計算很復雜廊蜒。本文采用某文獻提出的經(jīng)典銑削力學模型趴拧。

　　本文采用課題組對?2mmAlTiN硬質(zhì)合金立銑刀在刀懸伸量L=16.5mm情況下，銑槽正交實驗研究所建立的切削力的經(jīng)驗公式作為銑削力計算公式山叮。銑削力受力方向著榴，其中，F(xiàn)為切削合力屁倔；Fx為切向銑削力脑又；Fy為徑向銑削力；Fz為軸向力蛹暗。

　　F=e8.46Vc0.0395fz0.598Ad0.573(N)

　　Fx=e11.3Vc-0.521fz0.660Ad0.807(N)

　　Fy=e5.89Vc0.226fz0.2981Ad0.613(N)

　　Fz=e-2.11Vc1.79fz0.5433Ad-0.20(N)

　　式中：Vc——切削速度噪终，m/min

　　fz——每齒進給量，mm/齒

　　Ad——軸向切削深度坑哥，mm

　　e——自然對數(shù)

　　2結果及分析

　　以均布載荷的形式將Fx痒蛇、Fy萎括、Fz施加在?2mm立銑刀的有限元模型上，進行有限元求解俺下。在其他切削條件不變的情況下巡蛋，分別分析當軸向切削深度Ad改變、每齒進給量fz改變预铁、切削速度Vc改變時對?2mm立銑刀應力場的影響嚣赤。

　　是?2mm立銑刀有限元求解得出等效應力分布的其中一個。?2mm立銑刀等效應力分布表明：隨著Ad簸翠、fz揪孕、Vc的增大，刀具應力場的分布狀態(tài)基本不變桶求，較大應力位于銑刀懸臂處及刀刃處梧杯。

　　2.1軸向切削深度Ad對刀具應力場的影響

　　用有限元求解得出的?2mm立銑刀等效應力Smx：和最大變形量Dmx：隨Ad改變而變化的規(guī)律。它表明：隨著Ad的增大薯演，?2mm立銑刀刀具的Smx和Dmx也增大撞芍，均呈直線上升趨勢。當Ad從0.05～1.5mm時跨扮，Ad每增加0.1mm,Smx增加971.6Pa;Dmx增加0.188μm序无。當Ad從1.5～3mm時，Ad每增加0.1mm,Smx的增量是前者的1.573倍衡创；Dmx的增量是前者的1.49倍帝嗡。可見在選擇小直徑銑刀高速加工淬硬鋼的切削用量時璃氢，軸向切削深度Ad應該盡量取小值哟玷，且不能大于1.5mm。

　　當Ad為0.1～0.3mm時一也，Dmx為0.399～0.89μm,而?2mm立銑刀刀具本身在公差等級為1～4級時的圓柱度公差為0.2～0.8μm巢寡。由于刀具的變形包括裝刀初始跳動、刀具本身的變形以及加工過程中受力后的變形椰苟，因此抑月，刀具本身的變形量加上刀具加工過程中受力后的變形量已不可忽視。同時刀具在加工過程中的變形和破損還與加工的方式方法等其他因素有關跷塘，故以刀具的受力苗鸦、變形作為分析的優(yōu)化目標。Ad為0.1～0.3mm左右是較佳取值范圍跋共，這與課題組實驗的結論是一致的外羽。

　　2.2每齒進給量fz對刀具應力場的影響

　　給出了?2mm立銑刀最大等效應力Smx：和最大變形量Dmx隨每齒進給量關改變而變化的規(guī)律。可知：fz每增加0.01mm枕褂，刀具的Smx增加553.8Pa;Dmx增加0.114μm。顯然fz的增加對小直徑立銑刀Smx的增量和Dmx增量的影響很大奇忆。所以在選擇小直徑立銑刀高速加工淬硬鋼的切削用量時桌蟋，每齒進給量fz宜盡量選擇小值。

　　當fz為0.01～0.03mm/齒時享处，立銑刀的Dmx為0.469～0.811μm篮踏，與Ad對?2mm立銑刀的應力和變形的影響相似。同樣要考慮立銑刀的裝刀初始跳動喝撒、加工過程中受力后的變形你踩、制造公差等因素，因此fz為0.01～0.03mm/齒左右是較佳取值范圍讳苦，這與課題組實驗的結論一致带膜。這一結果也正符合了高速加工大進給、小切深的特點鸳谜。由于fz越小膝藕，表面殘留面積高度越低，表面粗糙度值就小咐扭。因此芭挽，在高速切削時，利用減小進給量來提高加工表面的質(zhì)量也是一個較為有效的措施蝗肪。

　　2.3切削速度Vc對立銑刀刀具應力場的影響

　　用有限元求解得出的?2mm立銑刀Smx和Dmx隨切削速度Vc改變而變化的規(guī)律袜爪。可知：當從在60～160m/min之間變化時薛闪，隨著Vc的增加辛馆，立銑刀刀具的Smx呈下降趨勢，Smx相對減少了32.4%;Dmx基本上呈下降趨勢豁延，Dmx相對減少了28.62%怀各。

　　顯然，有限元分析的結果與課題組高速銑削淬硬鋼材料實驗的結果是相吻合的简揍。這在實際生產(chǎn)中士挽，可以通過提高切削速度來提高進給速度，從而提高加工效率碑裤，降低成本您脂。

　　3結論

　　隨著軸向切削深度Ad和每齒進給量fz的增大，?2mm立銑刀刀具的最大等效應力Smx和最大變形量Dmx也增大电动，均呈直線上升趨勢蛀田。因此，在小直徑銑刀高速加工淬硬鋼時，Ad和fz應該盡量取小值乖阐。以刀具的受力耀骆、變形作為分析的優(yōu)化目標，得出Ad較佳取值范圍為0.1～0.3mm亦誊，fz較佳取值范圍為0.01～0.03mm/z卢掖。

　　在一定的切削速度范圍內(nèi)(Vc=60～160m/min)，隨著切削速度從的增加傻丝，立銑刀刀具的最大等效應力Smx甘有、最大變形量Dmx均呈下降趨勢。這在實際生產(chǎn)中具有非常重要的意義葡缰，可以通過提高切削速度來提高進給速度亏掀，從而提高加工效率，降低成本泛释。

　　上述結論均得到實驗分析結果的支持滤愕，表明本文建立的立銑刀模型是可行的，本文提出的分析方法可以作為高速加工過程的分析和加工參數(shù)優(yōu)化的一種新的工具怜校。

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