基于正交切削模拟的直齿圆柱铣刀前角优化

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1、万方数据第39卷第6期2005年5月浙江大学学报(工学版)JournalofZh自iangUniversity(EngineeringScienceVol39No5Jun2005基于正交切削模拟的直齿圆柱铣刀前角优化黄志刚，柯映林，董辉跃(浙江大学现代制造工程研究所，浙江杭州310027)摘要：为了优化设计直齿圆柱铣刀前角以延长刀具使用寿命，建立了金属切削加工的平面应变有限元模型．该有限元模型基于切削加工的热一弹塑性有限元方程和力学边界条件的简化，综台了切屑的几何和物理分离标准，利用修正的库仑摩擦定律定义了刀一屑间的

2、摩擦．模拟了不同刀具前角和不同切削速度条件下的切削加工过程．结果分析表明，在相同材料去除率情况下，刀具前角越大，刀具前刀面上的切削温度越低，刀具具有较长的使用寿命．通过优化刀具前角，提高切削速度，切削力和切削温度变化较小，但是显著提高了材料去除率．关键词：正交切削；优化；前角}刀具寿命中围分类号：THIS3．2文献标识码：A文章编号：1008—973X(2005)06—0780—05Millingtoolnormalrakeangleoptimizationbasedonorthogonalcuttingsimula

3、tionHUANGZhi—gang，KEYing-lin，DONGHui—yue(InstituteofProductionEngineering，ZhqiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Tooptimizethenormalrakeangleofmillingtoolwithstraightcuttingedgesandtolengthentool1ife，aplane-strainfiniteelementmodel(FEM)ofmetalmachining

4、wasestablished．Onthebasisofthethermo—elastic-plasticfiniteelementequationandsimplificationofmetafcuttingmechanics．FEMintegrat—edgeometricalandphysicalcriteriaofchipseparation，andtherevisedCoulombfrictionlawwereusedtodefinetheinterfacefrictionoftoolandchip．Machi

5、ningconditionsofdifferentnormalrakeanglesandmachiningspeedsweresimulatedbyusingthisFEM．Analysisresultsofcuttingtemperatureandforcesshowthatunderconditionsofthesamematerialremovalrateandlargerrakeangle，thetoolhaslowermachiningtemperatureontherakefaceandlongerlif

6、e．Withtheoptimizednormalrakeangle，machiningforceandternperaturechangeless，butmaterialremovalrateisimprovedobviouslywithincreasingcuttingspeed．Keywords：orthogonalcutting；optimization；rakeangle；toollife随着科学技术的发展，新材料不断问世．如何解决新材料或难加工材料的加工问题，诸如加工工艺选择，切削力、切削温度、刀具使用寿命

7、及切削状态的预测等，是当今机械制造领域面临的一个十分突出的问题[1]．一般来说，刀具的磨损、破损及其使用寿命直接关系到切削加工的效率、质量和成本，是切削加工中极为重要的问题之一．刀具寿命主要受工件材料、切削用量、刀具几何参数以及三者间的相互作用的影响．在工件材料选定以后，正确、合理选择切削用量和刀具的几何参数是提高刀具寿命的关键所在．但是要正确把握切削加工状态、建立合适加工策略，仅靠实验是难以完成的．金属切削加工的有限元模拟““]，综合考虑了工件与刀具的材料、加工方法、加工条件等多收藕日期：2004一01一03．浙江

8、大学学报(工学版)网址：WWW．journals．司u．edu．cn／eng基金项目：国家自然科学基金资助项目(50175102)}国家自然科学基金重点资助项目(50435020)作者简介：黄志刚(1974)，男，辽宁阜新人，博士．从事CAD／CAE／CAM、切削加工变形机理等研究Email：zghuang@sohu．com．万方数据第6期黄志