[發(fā)明專利]一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410582639.5
• 申請(qǐng)日: 2014-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN104289747A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞輝;張春梅;吳金妹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B51/02
• 分類號(hào): B23B51/02
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于刀具領(lǐng)域，尤其涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目的是在產(chǎn)品制造過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，達(dá)到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏。綠色切削技術(shù)是綠色制造的一個(gè)組成部分，干式切削是在切削加工過(guò)程中不使用任何切削液，完全消除切削液負(fù)面影響的一種綠色切削加工方式。干式切削的實(shí)現(xiàn)要考慮由于缺少切削液的潤(rùn)滑、冷卻、排屑等作用后，刀具-工件、刀具-切屑之間的摩擦力、切削力、切削熱、刀具壽命及加工質(zhì)量的變化等，繼而對(duì)刀具、機(jī)床、工件在內(nèi)的整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行全面地考慮。在綠色制造的大背景下，中國(guó)大陸汽車工業(yè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，價(jià)格大戰(zhàn)此起彼伏。作為汽車生產(chǎn)廠家都在千方百計(jì)地考慮如何降低生產(chǎn)成本這個(gè)問(wèn)題，以順應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，而用國(guó)產(chǎn)刀具替代進(jìn)口刀具是減少生產(chǎn)成本的一條重要途徑之一。用戶對(duì)于能承受更高的切削熱、具備高速切削性能、價(jià)格適中的國(guó)產(chǎn)干式切削刀具比較歡迎。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法，旨在縮短干式鉆頭的設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高刀具強(qiáng)度、剛度和排屑性能。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭高速切削時(shí)，就鉆頭的前角、后角、螺旋角對(duì)鉆頭的最大應(yīng)力和最大變形的影響作單因素的有限元數(shù)值計(jì)算和對(duì)比分析，以提高刀具強(qiáng)度、剛度和排屑性能為目標(biāo)，進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)分析。

進(jìn)一步，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法的具體過(guò)程包括：

步驟一、對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的基礎(chǔ)理論及干式切削機(jī)理進(jìn)行研究，試驗(yàn)并分析鉆頭幾何角度(幾何參數(shù))對(duì)鉆削性能的影響以及高速切削時(shí)刀具的磨損、破損特征,確定在高速切削時(shí)，刀具的損壞形式主要是磨損和破損，增大刀具前角γ₀，增大剪切角φ，切削變形減小，切削力降低，刀具磨損和破損減少，刀具壽命增加；

步驟二、高速切削時(shí)，分析前角、后角、螺旋角的綜合作用，選定各參數(shù)的優(yōu)化范圍，選定前角γ在30°～-30°之間進(jìn)行刀具的有限元分析和參數(shù)優(yōu)化，選定后角α在12°～16°之間之間進(jìn)行刀具的有限元分析和參數(shù)優(yōu)化，選定螺旋角螺旋角β在15°～40°之間之間進(jìn)行刀具的有限元分析和參數(shù)優(yōu)化；

步驟三、依據(jù)干式切削刀具材料的選擇原則，對(duì)常用刀具材料的干式切削性能進(jìn)行對(duì)比分析，確定整體硬質(zhì)合金、整體硬質(zhì)合金PVD(TiN)涂層比較適合做汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法的材料；

步驟四、采用Pro/e建模，對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，利用ANSYS軟件，就鉆頭的前角、后角、螺旋角對(duì)鉆頭的最大應(yīng)力和最大變形的影響作單因素的有限元數(shù)值計(jì)算和對(duì)比分析，以提高刀具強(qiáng)度、剛度和排屑性能為目標(biāo)，進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)，并根據(jù)設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果，進(jìn)行新產(chǎn)品試制。

進(jìn)一步，在ANSYS軟件中對(duì)鉆頭加載時(shí)需對(duì)其受力模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，依據(jù)材料的連續(xù)性，假設(shè)力在鉆尖部分均勻分布，計(jì)算出主切屑刃外緣和靠近鉆心部分的軸向力和扭矩，然后進(jìn)行線性插值處理，得到鉆尖部分的受力模型。

進(jìn)一步，在ANSYS軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分單元時(shí)將切削錐部劃分得細(xì)一些，導(dǎo)向部分劃分得粗一些，并從鉆尖與導(dǎo)向部分連接處開始逐漸由密到疏，同時(shí)在有限元軟件中對(duì)鉆頭模型施加各軸向力和切向力。

進(jìn)一步，鉆頭有限元分析是在保持后角取12°不變的情況下先對(duì)前角和螺旋角進(jìn)行優(yōu)化分析，當(dāng)?shù)毒咔敖侨≈?8°，螺旋角取25°時(shí)最大應(yīng)力和最大變形最小，從而得到最佳的優(yōu)化參數(shù)，在后角優(yōu)化分析過(guò)程中，選擇后角為11°～16°進(jìn)行驗(yàn)證性分析，最大應(yīng)力和最大變形在11°～16°之間隨刀具的后角的增加有增大的趨勢(shì)，在12°時(shí)最大應(yīng)力和最大變形最小，確定刀具的后角取值12°最為合理。

效果匯總

本發(fā)明首次對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法，改變類比、實(shí)驗(yàn)和仿制等傳統(tǒng)的刀具設(shè)計(jì)方式，可以極大地縮短設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法高速切削時(shí)，就鉆頭的前角、后角、螺旋角對(duì)鉆頭的最大應(yīng)力和最大變形的影響作單因素的有限元數(shù)值計(jì)算和對(duì)比分析，進(jìn)行了優(yōu)化參數(shù)分析，鉆頭的可靠性、鉆削性能、壽命、鉆削質(zhì)量等有較明顯的改善。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體用高速鉆頭的優(yōu)化方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的前角對(duì)切削性能的綜合影響圖。

具體實(shí)施方式