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槍鉆加工質(zhì)量控制方法研究理論

2018-02-17 05:05高妮萍
關(guān)鍵詞:深孔孔壁切削力

高妮萍

(陜西國(guó)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(zhǎng),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(zhǎng)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。

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