【正文】 類型是相對網(wǎng)格類型，其單元數(shù)為20000。系統(tǒng)的自動(dòng)網(wǎng)格劃分程序防止單元網(wǎng)格的過度畸變。圖44 麻花鉆鉆削三維有限元模型表41列出了工件和刀具的主要參數(shù)。表41 工件和刀具的特性參數(shù)幾何參數(shù)材料熱傳導(dǎo)系數(shù)初始溫度模型特性摩擦因子摩擦類型工件6mmx6mmx5mm45鋼50N/s/mm/℃20℃塑性剪切摩擦麻花鉆直徑=3mm刃帶寬度=高速鋼50N/s/mm/℃20℃剛性剪切摩擦圖45為45＃鋼的本構(gòu)關(guān)系圖。圖中顯示了材料的流動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變、應(yīng)變率以及溫度的關(guān)系，即：Flow Stress=f(Strain,Strain rate,Temperature)式中為流動(dòng)應(yīng)力；為等效塑性應(yīng)變；為等效塑性應(yīng)變速率；T為溫度。圖中的橫坐標(biāo)為應(yīng)變，縱坐標(biāo)為材料的流動(dòng)應(yīng)力。 溫度為68℃時(shí) 溫度為212℃時(shí) 溫度為572℃時(shí) 溫度為932℃時(shí) 溫度為1292℃時(shí) 溫度為1652℃時(shí)圖45 45鋼的本構(gòu)關(guān)系 預(yù)處理菜單的設(shè)置圖46 主菜單設(shè)置打開模擬控制按鈕，進(jìn)入主控制菜單，按圖46設(shè)置；進(jìn)入Step菜單：選擇Number of Simulation Steps輸入3000， 選擇Step Increment to Save輸入5，選擇 primary die為2Tool，為其最小單元格尺寸（工件網(wǎng)格畫好后量?。┑?/3，如圖47所示；進(jìn)入Stop菜單：設(shè)置主切削Z方向達(dá)到5mm時(shí)停止切削，如圖48所示。圖47模擬步驟控制菜單設(shè)置圖48 停止控制菜單設(shè)置 工件與刀具的接觸設(shè)置進(jìn)入Inter object interface界面單擊按鈕，添加接觸關(guān)系，如圖49所示。點(diǎn)擊按鈕使工件與刀具建立接觸。點(diǎn)擊編輯按鈕Edit設(shè)置刀具與工件間的摩擦為剪切摩擦，熱傳導(dǎo)系數(shù)為50。圖49 確定內(nèi)部相互關(guān)系 建立相互接觸5鉆削有限元模擬結(jié)果及分析用有限元方法模擬麻花鉆的鉆削加工過程，可以獲得鉆削過程中的溫度、應(yīng)力、扭矩等參數(shù)，進(jìn)而幫助分析比較不同刀具、不同工藝的加工結(jié)果和影響因素。文中麻花鉆的速度設(shè)置了三組不同的值，兩組高速值一組低速值。其中兩組高鉆速值的進(jìn)給量設(shè)置相同。表42列出了麻花鉆的三組鉆削速度。表51 麻花鉆的鉆削速度主軸轉(zhuǎn)速3000rpm60rpm2000rpm進(jìn)給量 mm/rev mm/rev 加工中的溫度切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度是金屬切削過程中重要的物理現(xiàn)象之一。切削時(shí)消耗的能量約97％一99％轉(zhuǎn)換為熱能。大量的切削熱使得切削區(qū)溫度升高。直接影響刀具的磨損和工件的加工精度及表面質(zhì)量。塑性加工過程中，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力、變形與溫度有著密切的關(guān)系。對于熱加工，這是無疑的。對于所謂的冷加工過程來說由于塑性變形時(shí)外力做功，它的一部分轉(zhuǎn)化為熱能，引起材料溫度的變化，產(chǎn)生熱應(yīng)變和熱應(yīng)力。在鉆削加工過程中溫度起著關(guān)鍵作用，它對工具的磨損，鉆削扭矩以及切屑成形產(chǎn)生很大的影響作用。因此，研究鉆削溫度對生產(chǎn)實(shí)踐有著重要意義。切削加工工藝從整個(gè)加工過程來看，屬于冷加工的范疇，但就切屑形成的局部來看，卻具有高溫，高速成形的特點(diǎn)。金屬在高速切削下，劇烈的摩擦和斷裂使得局部區(qū)域的溫度在幾秒鐘甚至是零點(diǎn)幾秒就上升到很高的溫度，材料的各種性能材料必然受到溫度的影響，另外，高溫狀態(tài)下引起的熱應(yīng)力也對成形質(zhì)量和刀具的磨損產(chǎn)生影響。因?yàn)榍邢骷庸ぴO(shè)計(jì)到了與高溫、高應(yīng)變速率耦合的大變形和斷裂問題，有限元分析也應(yīng)該建立在與溫度耦合的塑性變形理論基礎(chǔ)上。在金屬切削模擬過程中，溫度是不可以忽略的，要通過設(shè)定摩擦條件，摩擦方式和摩擦系數(shù)來計(jì)算摩擦生熱。圖51，52，53為三種鉆速下某一模擬步的鉆削溫度云圖。從圖中可以看到，最高溫度集中在鉆尖附近的局部變形區(qū)域內(nèi)和鉆尖處，因?yàn)檫@里是塑性變形和刀－屑摩擦比較集中的地方圖54中結(jié)果數(shù)據(jù)是系統(tǒng)計(jì)算得出的，每種加工情況按等間隔步獲取了100個(gè)數(shù)據(jù)，圖54顯示了三種鉆削過程中工件最高溫度的變化情況。從圖54中可以看出，麻花鉆的轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)溫度大約在400℃左右，轉(zhuǎn)速為60rpm時(shí)溫度降到60℃左右。鉆削速度為3000rpm,℃。這說明鉆削速度對工件溫度有比較大的影響，高切削速度導(dǎo)致高加工溫度。圖51 30步的溫度圖（60rpm,）圖52 500步的溫度圖（2000rpm,）圖53 500步的溫度圖（3000rpm,）最大溫度（℃） 行程（mm） 圖54 麻花鉆鉆削過程中三種加工狀況工件的最高溫度隨行程的變化規(guī)律 加工過程中工件所受的等效應(yīng)力與等效應(yīng)變及其分布引入等效應(yīng)力的概念，可以使我們不管單元體受力狀態(tài)如何復(fù)雜，均可想象為承受數(shù)值上等效應(yīng)力作用的簡單拉伸。圖56和圖57給出了麻花鉆在兩種高速鉆削過程中第550步的等效應(yīng)力的情況，圖55顯示了在低速鉆削過程中第40步的等效應(yīng)力的情況。圖58顯示了麻花鉆在三種切削速度下最大等效應(yīng)力隨行程的變化情況。從圖中可以看出，當(dāng)切削速度為3000rpm，時(shí)，最大等效應(yīng)力在1700MPa上下波動(dòng)，兩種加工情況下的最大等效應(yīng)力變化趨勢非常相近，當(dāng)麻花鉆鉆削速度為60rpm，工件所受最大等效應(yīng)力隨著行程的增加大約在1500MPa上下波動(dòng)。和高速切削時(shí)工件所受最大等效應(yīng)力相差不是很大。這說明麻花鉆鉆削過程不同的主軸轉(zhuǎn)速對于工件加工過程中所受等效應(yīng)力沒有太大的影響，三種情況下工件最大等效應(yīng)力波動(dòng)情況基本一致。圖55 40步工件所受等效應(yīng)力（60rpm,）圖56 550步工件所受等效應(yīng)力(2000rpm,)圖57 550步工件所受等效應(yīng)力（3000rpm,）最大等效應(yīng)力（Mpa） 行程（mm）圖58 麻花鉆鉆削過程中三種加工狀況工件的最大等效應(yīng)力隨行程的變化圖59顯示了在低速鉆削過程中第40步的等效應(yīng)變的情況，圖510和圖511給出了麻花鉆在兩種高速鉆削過程中第550步的等效應(yīng)變的情況。圖512顯示了麻花鉆在三種切削速度下最大等效應(yīng)變隨行程的變化情況，從圖中可以看出，三種切削速度下的最大等效應(yīng)變的數(shù)值及變化規(guī)律。圖59 40步工件所受等效應(yīng)變（60rpm,）圖510 550步工件所受等效應(yīng)變(2000rpm,)圖511 550步工件所受等效應(yīng)變（3000rpm,）最大等效應(yīng)變 行程（mm）圖512 麻花鉆鉆削過程中工件的最大等效應(yīng)變隨行程的變化規(guī)律 鉆削過程中刀具所受扭矩圖513，顯示了麻花鉆在切削速度為2000rpm,程的變化趨勢，其扭矩值大約為1350Nmm。圖514為低速鉆削時(shí)麻花鉆所受的扭矩隨行程的變化趨勢。，其刀具所受扭矩值大約為3000Nmm。從圖51514可以看出麻花鉆在兩種不同鉆削速度下所受扭矩值相差比較大，這說明切削速度對刀具所受扭矩影響很大，其他條件相同時(shí)主軸轉(zhuǎn)速低而進(jìn)給量大時(shí)，刀具所受扭矩值大。扭矩（Nmm） 行程（mm）圖513 麻花鉆鉆削過程中所受扭矩(2000rpm,)扭矩（N） 行程（mm）圖514 麻花鉆鉆削過程中所受扭矩(60rmp,) 小結(jié)通過模擬預(yù)測了麻花鉆在三種不同鉆削速度下加工過程中的溫度、應(yīng)力和扭矩等因素。其他條件相同時(shí)，麻花鉆鉆削過程中工件的溫度隨著鉆削速度的增加而增加。所有這些都有效地證明了鉆削有限元?jiǎng)討B(tài)模擬的可行性。對建立的三維有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，不僅僅可以幫助加工工人預(yù)測所需參數(shù)，而且可以為鉆削有限元模擬方面的進(jìn)一步研究提供經(jīng)驗(yàn)。盡管鉆削加工工藝的動(dòng)態(tài)模擬與實(shí)際加工工藝相比，存在一定差別，但有限元?jiǎng)討B(tài)模擬不愧為研究鉆削加工的一種有效手段，該項(xiàng)技術(shù)有待繼續(xù)進(jìn)一步探索研究。在模擬設(shè)置過程中，省略了一些因素，例如工具的振動(dòng)和冷卻液。對于麻花鉆鉆削過程冷卻液起著重要的作用，在此只能通過邊界熱交換和環(huán)境溫度來簡單的進(jìn)行冷卻模擬，模擬結(jié)果難免會(huì)產(chǎn)生誤差。盡管鉆削加工工藝的動(dòng)態(tài)模擬與實(shí)際工藝相比，還有許多不足，該項(xiàng)技術(shù)有待繼續(xù)進(jìn)一步發(fā)展。6成果與展望 成果本文所做的工作，概括起來主要有以下幾點(diǎn)：1) 簡要介紹了鉆削加工，提出了切削熱對鉆削加工過程中的危害，具體闡述了鉆削切削熱的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，指出了鉆削切削熱研究主要存在的問題；2) 建立了麻花鉆加工熱模型，分析切削熱的產(chǎn)生以及切削熱對切削過程的影響，通過對切削熱的分析得出切削溫度的計(jì)算和影響切削溫度的因素；3）在已有的有限元理論的基礎(chǔ)上，建立了鉆削加工的有限元模型，忽略了加工硬化、熱輻射以及相變等物理因素，應(yīng)用有限元軟件DEFORM對麻花鉆鉆削溫度場進(jìn)行模擬，得到麻花鉆在不同切削條件下溫度的最高值以及應(yīng)力、應(yīng)變和扭矩的最大值。 展望本文對麻花鉆加工切削熱和溫度進(jìn)行了研究，提供了一定的理論依據(jù)，但是由于受到時(shí)間的限制，課題研究仍然存在許多不足之處有待進(jìn)一步研究，有待于進(jìn)一步提高和完善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)對于麻花鉆加工，由于問題的復(fù)雜性和時(shí)間的限制，沒有考慮鉆削過程中切削液對切削熱計(jì)算、溫度場模擬的影響。(2)有限元仿真時(shí)，提出一些假設(shè)，并對邊界條件進(jìn)行了大量簡化，比如忽略熱輻射對切削溫度的影響，這些都會(huì)影響分析結(jié)果。(3)本文在建立溫度場有限元模型時(shí)，由于麻花鉆結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果按照實(shí)際的麻花鉆的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建有限元模型，則其模型將會(huì)變得十分復(fù)雜，從而會(huì)導(dǎo)致模型的有限元網(wǎng)格劃分變得比較困難，進(jìn)而計(jì)算過程工作量加大，因此本文麻花鉆進(jìn)行有限元分析時(shí)，所建立的模型都進(jìn)行了一定的簡化，與實(shí)際產(chǎn)生切削溫度場會(huì)有一定的差距。 參考文獻(xiàn)[1] 方剛,[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2003,22(4).[2] 白亞江,[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2006,25(10).[3] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.[4] 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