基于AdvantEdge FEM的閥體鉸孔精加工過程仿真分析

（江南大學，江蘇無錫市，214000）任 健

1 閥體鉸孔精加工參數選擇

1.1 道具材料以及幾何角度

刀具的幾何角度決定了切削力及其加工的質量，因此在參數的選擇之上，我們所要考慮的內容主要包括前角、后角、主偏角以及刃傾角[1]。在綜合考慮切削作業之際刀具受力、排屑及其刀尖強度等，明確上述幾何角度的數據，分別為：前角-5°、后角10°、主偏角90°、刃傾角5°。

不過，由于AdvantEdge軟件之中所設置的刀具角度并不相同，主要以背部前角、側前角以及余偏角為主，故而要根據角度關系加以轉換，具體轉換關系如下：

Tan（BR）=tany·sink+tanλ·cosk

Tan（SR）=tany·cosk-tanλ·sink

由AdvantEdge軟件轉換關系可得，所得數據分別為：背部前角=-5°、側前角=-5°、余偏角＝-5°。

1.2 閥體切削用量

正如上文所述，由于切削用量并不大，因此在參考了加工手冊后，巨日參數設置如下：切削速度v=60-120m/min，進給量f=0.15-0.4mm/r，背吃刀量aP=0.5-1.0mm。在本次研究之中，實施單因素分析法，對上述因素對于道具的影響加以對比分析。擬定仿真方案，共計三組，數據對比如表1所示。

2 閥體鉸孔精加工過程仿真

本次研究之中，均采用標準以及自定義功能來建立模型。依據工件的具體尺寸，用以建立模型，具體參數如下：內徑11.2mm，外徑20mm，高度28mm。刀具模型參數如下：切削刃數目設置為4，刀具材料為PCD，刀具直徑為12mm，背部前角=-5°、側前角=-5°、余偏角＝-5°，刀具具體如表2所示：

3 數據處理

3.1 切削參數變化對切削力的影響

3.1.1 進給量的影響

當各項數據，如表1第一組所設，則切削力的變化如圖1所示：

圖1

根據圖1可知，當切削速度以及背吃刀量控制在一定量時，進給量會逐步增加，Z方向的進給抗力維持在一個較為穩定的范圍之內。X及Y方向的主切削力以及切深抗力會隨之產生變化。

表1 切削用量單因素方案表

表2 刀具性能表

3.1.2 背吃刀量的影響

當各項數據，如表1第二組所設，則切削力的變化如圖2所示：

圖2

根據圖2可得，如果保持切削速度以及進給量的穩定，而背吃刀量逐漸增加時，進給抗力會隨之增加，當背吃刀量達到0.4～0.6mm這個區間之際，其變化幅度會隨之明顯降低，并趨于平穩。

3.2 切削參數變化對于刀具溫度的影響

3.2.1 進給量的影響

當各項數據，如表1第一組所設，當背吃刀量以及切削速度維持穩定時，隨著進給量的增加，刀具的溫度也會隨之提升，并維持在400°C左右；由于進給量的增加，所做工也會隨之增加，切削熱也會隨之提升，如果為提升加工質量，那么無疑減小切削深度是最好的選擇。由本次研究數據可知，當進給量控制在0.3mm時，刀尖的最高溫達到了最低值，不過考慮到PCD優秀的耐熱能力，實則進給量的便會對于道具壽命的影響并不明顯[3]。

3.2.2 背吃刀量的影響

當各項數據，如表1第二組所設，當切削速度與進給量不變時，如果背吃刀量增加，那么道具的最高溫度也會隨之提升，保持在450°左右。結合以上結論來看，如果加工余量保持一定，提升背吃刀量，有利于縮短走刀的時間。

4 結語

綜上所述，在閥體精加工過程當中，刀具因受熱、受力而變形，對于其表面尺寸進度以及粗糙度會造成較為明顯的影響。在此，本文以閥體鉸孔精加工為例，對其過程進行了模擬仿真，就不同參數設置之下的各種變化展開了研究分析，得出了在不同參數設置之下的具體影響。