高妮萍

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710300）

1 研究及技術(shù)方案

通過分析槍鉆加工過程，在實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)鉆削速度、加工孔徑，進(jìn)給量以及冷卻液壓力、流速，從而改變切削力和切削熱，之后采集相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)切削力變化及切削熱變化對(duì)深孔加工孔徑的影響作出總結(jié)偏，建立槍鉆受力模型及熱力學(xué)模型，進(jìn)行槍鉆結(jié)構(gòu)對(duì)所加工孔的孔徑偏差以及孔表面質(zhì)量分析。

2 實(shí)驗(yàn)研究存在問題

在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)因槍鉆鉆桿過長，導(dǎo)致其強(qiáng)度、剛度和排屑性能較差。在加工過程中，隨著孔的不斷深入，切屑易發(fā)生堵塞，切削液難以進(jìn)入，再加上槍鉆受熱，導(dǎo)致排屑不通暢，從而造成鉆頭和鉆桿發(fā)生振動(dòng)，鉆頭磨損度增加。在槍鉆深孔加工過程中，因?yàn)閷儆谕馀判?，切削與孔壁會(huì)發(fā)生摩擦，切屑與孔壁之間有熱交換，因此在建立深孔槍鉆切削熱傳導(dǎo)模型時(shí)，應(yīng)考慮這部分因素。此外，由于在加工過程存在排屑不利情況，可能造成切屑與孔壁之間摩擦力增大，切削合力變化更加復(fù)雜，導(dǎo)致切屑溫度增高，為保證后續(xù)工序能夠順利進(jìn)行，必須保證鉆桿具有足夠的強(qiáng)度和剛性，具體做法就是保證鉆桿橫截面積按最佳形態(tài)進(jìn)行分布，且增加尺寸，保證槍鉆模型在后期的受力中，集中應(yīng)力分布均勻，不會(huì)出現(xiàn)鉆桿因受力過大產(chǎn)生形變或斷裂的情況。

3 實(shí)驗(yàn)采取手段

本文基于DEFORM-3D的有限元仿真分析法，提出一種新型研究方案，對(duì)深孔槍鉆在加工過程中受切削力及切削熱的影響情況進(jìn)行分析。該研究方案基于槍鉆數(shù)字化三維模型，以鉆桿和切削液為基礎(chǔ)構(gòu)建鉆桿系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并設(shè)置工件的材料類型、進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定，試驗(yàn)選取不同的參數(shù)動(dòng)態(tài)模擬鉆削加工過程，利用DEFORM-3D軟件進(jìn)行后期處理，整理計(jì)算結(jié)果，將兩組參數(shù)產(chǎn)生的切削力、切削溫度和刀具磨損情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并運(yùn)用理論力學(xué)，彈塑性變形、熱傳導(dǎo)學(xué)學(xué)等理論知識(shí)，對(duì)金屬切削過程進(jìn)行仿真分析。

根據(jù)不同參數(shù)，分析結(jié)果分為為兩種情況，第一種是模擬切屑的形成過程，針對(duì)切屑的大小、形狀、連續(xù)性及成形原理等方面進(jìn)行分析研究；第二種是對(duì)切削加工過程進(jìn)行模擬仿真，這類研究則是分析金屬切削過程中的工件和刀具內(nèi)部的受力變化、切削溫度分布及傳導(dǎo)過程等情況，并對(duì)切削力的大小進(jìn)行分析研究。采用有限元分析方法，并借助Deform 3D分析軟件，對(duì)鉆削加工切削力變化規(guī)律和鉆削熱傳導(dǎo)過程進(jìn)行分析，得出定性結(jié)論。此外通過分析影響槍鉆加工質(zhì)量的因素，優(yōu)化各項(xiàng)參數(shù)，提高深孔加工質(zhì)量。

4 實(shí)驗(yàn)研究步驟

首先，基于金屬切削原理與刀具中的深孔加工技術(shù)及使用方法，分析深孔鉆削加工的特點(diǎn)，確定加工需的切削量、進(jìn)給量、切削液要求、外排屑量以及冷卻方式。

其次，在理論的支撐下，建立槍鉆切削力數(shù)學(xué)模型，將槍鉆等效為簡(jiǎn)支梁，利用閉口薄壁梁的變形知識(shí)，推導(dǎo)鉆桿所受切削力的力學(xué)模型，并校核鉆桿的強(qiáng)度和剛度。

再次，基于UG軟件建立槍鉆的鉆頭、鉆桿和鉆柄的三維實(shí)體模型，并裝配槍鉆，建立工藝系統(tǒng)實(shí)體模型，其中包括槍鉆系統(tǒng)切削力模型和切削熱動(dòng)態(tài)模型，通過相關(guān)模型，研究鉆桿、切削熱作用對(duì)深孔鉆桿振動(dòng)的影響效果，并對(duì)鉆削加工溫度場(chǎng)分布情況及深孔壁的受熱變形過程進(jìn)行分析，優(yōu)化工藝參數(shù)保證加工質(zhì)量。

最后，利用有限元技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法對(duì)深孔加工的變形和質(zhì)量控制進(jìn)行定量分析研究。傳統(tǒng)鉆削加工過程中，很多加工方案多憑經(jīng)驗(yàn)而定，很難實(shí)現(xiàn)工藝方案優(yōu)化目標(biāo)，利用有限元技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法對(duì)深孔加工的變形和質(zhì)量控制進(jìn)行定量分析，可以更加清晰的發(fā)現(xiàn)深孔槍鉆鉆削實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與有限元仿真優(yōu)化后的結(jié)果關(guān)系，確定方案的可行性。

5 結(jié)語

通過研究切削力及切削熱對(duì)孔加工質(zhì)量的影響，可以得知優(yōu)化加工參數(shù)，既能保證槍鉆具備良好切削的狀態(tài)，又可以延長刀具壽命，提升深孔加工精度減少，低粗糙度的零件，提高加工質(zhì)量。本文提出的質(zhì)量控制方案，增加了深孔加工設(shè)備的使用功能，并解決了槍鉆加工中的實(shí)際問題，希望通過UG和Deform-3D軟件，能夠?qū)庸み^程進(jìn)行更加系統(tǒng)的仿真模擬，完成加工質(zhì)量控制目標(biāo)，提高產(chǎn)品加工進(jìn)度，最大限度地提高深孔加工表面質(zhì)量及生產(chǎn)效率。