[發(fā)明專利]一種鋁合金粗加工刀具設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410607467.2
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN105631072B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟鶴;張勃;劉凱;袁峰;吳惠惠;宋雷雷;朱偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京中車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種鋁合金粗加工刀具設(shè)計方法，基于專用切削加工有限元分析軟件Third Wave AdvantEdge，設(shè)計出了適用于高速銑削鋁合金的硬質(zhì)合金立銑刀。所述的設(shè)計方法包括采用等效二維有限元仿真方法，結(jié)合單因素尋優(yōu)設(shè)計方法，依次考察不同的刃口鈍圓半徑、前角和后角對于硬質(zhì)合金銑刀銑削加工中的溫度、切削力和彈性應(yīng)變等參數(shù)的影響情況；基于二維仿真優(yōu)化的刀具參數(shù)，建立三維仿真模型分析螺旋角對硬質(zhì)合金銑刀切削加工性能的影響，從而選定合適的刀具參數(shù)。采用本專利的鋁合金粗加工刀具設(shè)計方法設(shè)計的硬質(zhì)合金立銑刀能夠穩(wěn)定地加工鋁合金車體型材結(jié)構(gòu)件，并且獲得較高的加工質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種刀具設(shè)計方法，特別涉及一種鋁合金粗加工刀具設(shè)計方法，屬于計算機輔助設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著高速鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展，高速列車車體的制造材料實現(xiàn)了從碳鋼向不銹鋼、鋁合金材料的轉(zhuǎn)變，尤其是鋁合金車體具有重量輕、耐腐蝕、外觀平整度好并且容易制造復(fù)雜曲面等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。新一代高速列車車體采用高強度超薄壁鋁合金型材，一般為多腔異型空心型材，以大型超長整體結(jié)構(gòu)件為主，零件長度長達20米，截面形狀復(fù)雜，廣泛分布薄壁、斜筋等特征，壁厚在零件不同位置差異很大，是典型的大型整體結(jié)構(gòu)弱剛性零件。切削加工過程中的切削力、切削熱及切削振動等均容易導(dǎo)致零件變形，降低加工精度和加工表面質(zhì)量，影響加工效率，鋁合金車體型材結(jié)構(gòu)件中密布的斜筋結(jié)構(gòu)及焊點在高速加工過程中更加容易導(dǎo)致切削力、切削熱和切削振動的突然變化，這對生產(chǎn)設(shè)備、加工刀具、以及適配的加工工藝提出了很高的要求。目前南車浦鎮(zhèn)已經(jīng)引進了國外先進的高速數(shù)控加工中心用于高速加工車體鋁合金型材，但是缺乏相關(guān)高效加工工藝作為指導(dǎo)，選用刀具、加工參數(shù)存在一定缺陷，加工過程中存在效率低，刀具損耗大的問題。

Third Wave AdvantEdge FEM作為一個基于材料物性的有限元金屬切削仿真軟件，其仿真結(jié)果可以為實際加工提供一定的理論依據(jù)，避免傳統(tǒng)加工中單方面憑借經(jīng)驗而導(dǎo)致的技術(shù)不可復(fù)制性和零件質(zhì)量不可控性，已廣泛地用于車削、銑削、鉆孔等不同類型的切削加工仿真研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對鋁合金車體型材加工環(huán)境不穩(wěn)定這一難點，提供一種鋁合金粗加工刀具設(shè)計方法，采用該設(shè)計方法設(shè)計的銑刀，具有加工穩(wěn)定性好、加工質(zhì)量高的優(yōu)點。

為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種鋁合金粗加工刀具設(shè)計方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：在軟件Third Wave AdvantEdge中建立二維銑刀數(shù)字化模型，將其幾何尺寸與實際加工中的幾何參數(shù)進行等效；

步驟二：選定一組前角、后角及刃口鈍圓半徑參數(shù)作為基本參照組，依次考察不同的刃口鈍圓半徑、前角和后角對于硬質(zhì)合金銑刀銑削加工中的溫度、切削力和彈性應(yīng)變參數(shù)的影響，確定刀具的刃口鈍圓半徑、前角和后角的大小；

步驟三：基于二維仿真優(yōu)化的刀具參數(shù)，建立三維仿真模型分析螺旋角對硬質(zhì)合金銑刀在切削中的溫度、應(yīng)變、切削力和功率的影響，綜合螺旋角對溫度、應(yīng)變、功率以及切削力的影響選定刀具的螺旋角。

進一步的，考察不同的刃口鈍圓半徑、前角和后角對于硬質(zhì)合金銑刀銑削加工中的溫度、切削力和彈性應(yīng)變參數(shù)的影響的具體操作步驟如下：

1）固定刀具的前角和后角，考察不同的刃口鈍圓半徑對于硬質(zhì)合金銑刀銑削加工中的溫度、切削力和彈性應(yīng)變參數(shù)的影響情況，以確定刀具的刃口鈍圓半徑；

2）固定刀具刃口鈍圓半徑和后角，考察不同的前角對于硬質(zhì)合金銑刀銑削加工中的溫度、切削力和彈性應(yīng)變參數(shù)的影響情況，以確定刀具的前角大小；

3）固定刀具刃口鈍圓半徑和前角，考察不同的后角對于硬質(zhì)合金銑刀銑削加工中的溫度、切削力和彈性應(yīng)變參數(shù)的影響情況，以確定刀具的后角大小。

優(yōu)選的，所述螺旋角的取值范圍是：20°~40°。