基于DEFORM-3D的BTA深孔钻削过程仿真研究

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深孔加工技术在机械加工行业中具有广泛的应用。随着科技与制造技术的不断发展,对深孔的加工精度、加工效率等提出了新的需求。深孔加工存在排屑难、冷却难、润滑难等问题,这些问题限制了深孔加工的工艺范围与深孔加工理论及技术向其他领域拓展的能力。相比于金属切削实验,有限元仿真技术具有成本低廉,效率高、便于检测等特点。因此,深孔钻削的有限元仿真分析是研究其加工机理的重要手段之一,本文利用有限元软件建立仿真模型并进行了深孔钻削过程的仿真,对指导生产具有重要的现实意义。  根据BTA深孔钻的工作原理及其工作状态下的受力分析,对仿真所用BTA深孔钻进行了结构和几何参数设计,利用三维CAD和DEFORM-3D软件分别建立了单管内排屑深孔钻的实体模型和钻削过程的仿真模型。分析了深孔加工过程中切屑的形成过程,以及钻削力和钻削温度等,获得了切削用量参数和刀具几何参数对轴向力和扭矩的影响规律,以及切削用量参数对切屑形态和切削温度的影响规律。对比分析了干式切削和微量润滑切削条件下BTA深孔钻的温度分布,以及切屑形态。另外,采用回归分析方法获得了45钢深孔加工时轴向力及扭矩的经验公式。  分析结果表明,在45钢深孔加工时,切削变形程度随着进给量的增大而增大,而切削速度对切削变形影响很小,切屑形态主要由进给量决定。钻削力也是随着进给量和钻头直径的增大而增大,而切削速度的影响较小,其中,对轴向力影响最大的是进给量,其次是钻头直径;对扭矩影响最大的是钻头直径,其次是进给量。钻削温度最高位于钻头外刀齿前刀面外缘转角处;钻削温度随着切削速度和进给量的增大而升高,但切削速度升高趋势比进给量更为明显;深孔钻头由于受结构的限制,前角的变化幅度很小,在本次-2°~2°分析范围内对钻削温度的影响不明显。另外,对微量冷却润滑切削条件下的分析结果表明,钻削温度略低于干式切削。
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