基于热-力多物理场耦合理论的钻削仿真研究.pdf

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1、第3期机械设计与制造2013年3月MachineryDesign&Manufacture165基于热一力多物理场耦合理论的钻削仿真研究黄立新，钟峻青(上海工程技术大学，上海201620)摘要：钻削过程中，主运动与进给运动结合，去除切削层，生成切屑并形成新的工件表面。在局部高温和高压条件下，不断变化着的3表面：已加工表面，加工表面，待加工表面，存在着机械、物理和化学作用。通过有限元技术建立基于热一力多物理场耦合理论的钻削加工印刷电路板中铜箔材料表面创成模型；并对加工过程的多种特征进行了仿真；分析钻削加工中钻削力、钻削温度的动态变化规律

2、；仿真显示：直径3．2mm钻头在20K／r／rain主轴转速和1000mm／min进给速度的切削条件下。其轴向力和扭矩信号呈艰峰形状，钻削铜的最大轴向力62N，最大扭矩0．044N·m，切削区的温度为200℃左右；仿真结果和PCB钻孔实测结果基本吻合。关键词：钻削；有限元方法；切削机理中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：10o1—3997(2013)03—0165—04SimulationStudyonDrillingBasedonThermo-MechanicalCouplingHUANGLi—xin，ZHONGJun—q

3、ing(ShanghaiUniversityofEngineeringScience，Shanghai201620，China)Abstract：Themmnmovementiscombinedwithfeedmovement，andremovestheworkpieceonthedrillingtOproducechips，andtheformationofanewsue．Onlocaltemperatureandpressureconditions，thethreechangingsurfages"themachinedsugC

4、ace，themachiningsu~ace，thesu~aceistObeprocessed，andthereisamechanical，physicalandc~micdefects．Themechanismofthecreationofholesisverifedbythefiniteelementtechnology．Basedonthermo-mechanicalcouplingtheory，modelcanbeappliedtodrillingprintedcircuhboard(PCB)whichisconsistso

5、fthincopperfoilItshows：for3．2mmdrill，20K／r／min~indlerotationandfeedof1000mm／min，thetorquereaches0．044N。m，andthrustis6251．Experimentshaveverifiedthatthemodelpredictsthetemperaturefieldanddrillingthrustandtorqueforarangeofdrillgeometry．KeyWords：FEM；Drilling；CuttingPrinci

6、pal钻削速度的影响。设计了带三个切削刃的新型医疗钻头Ⅱq。对于1引言PCB的钻削加工，尚无加工过程等的仿真研究报道。孔表面创成过程与质量与下列因素有关：切削用量(主轴高速旋转速度、进给速度)；刀具(几何形状、刀具材料)；32艺过程(切削2钻削有限元模型力、切削温度、刀具磨损、排屑断屑)；工件材料。在局部高温和高压项目选择采用AdvantEdgetmFEM对钻削加工过程进行模条件下，钻削印刷电路板过程中存在着机械、物理和化学作用，在孔拟，仿真流程，如图1所示。形成过程中表面创成会呈现出特殊规律。国际上对金属切削工艺的有限元模拟应用十

7、分广泛，一些科研人员对钻、车、铣的三维金属切削过程的模拟进行了深入研究，应用Robust自适应重划算法，避免了计算过程中产生的不收敛问题；一些科研人员分析了难加工材料切削中，回转刀具的圆周速度和刀具表面温度的关系；科研人员建立了—个干切削条件下钻孔的温度场模型，该模型可以用于各种几何形状的钻头；科研人员对钻孔过程中的轴向力和扭矩进行了图1AdvantEdge仿真流程仿真，分析了主轴转速、轴向进给和钻头直径对切削力的影响；有Fig．1AdvantEdgetmFEM限元方法在切削工艺中的应用表明，对材料变形和传热等行为的考钻头模型的结构

8、参数，如表1所示。转速与实际加工参数一虑因素可以更多且更接近于实际隋况，而且可以对切屑形态、切削致。工件材料设置为为铜C37700brass，厚度0．4mm，垫板为铸铁力、切削温度、以及切削变形详细状况等进行分析研究。一些科研厚度1．