螺纹铣削切削力有限元分析及试验.PDF

２０１６年第５０卷Ｎｏ．８ ２３ 螺纹铣削切削力有限元分析及试验 张生芳，王豪华，马付建，黄文丽，沙智华 大连交通大学 摘要：为了研究螺纹铣削法加工钛合金螺纹时切削力随切削参数的变化规律，通过对材料本构关系、刀—屑 接触及切屑分离准则进行分析，建立了能反映刀具自转、公转及轴向进给运动的三维螺纹铣削模型。利用该模型 对每齿进给量和切削速度对切削力的影响进行分析，结果表明：切削力随每齿进给量的增大而增大，随切削速度增 加而减小，且每齿进给量对切削力的影响较为显著。通过螺纹铣削试验对所建立的三维铣削模型进行验证，表明 所建立模型的误差最大为１４％，可满足实际加工需要。 关键词：钛合金；螺纹铣削；切削力；有限元分析 中图分类号：ＴＧ５４；ＴＨ１６　　　　　　文献标志码：Ａ ＣｕｔｔｉｎｇＦｏｒｃｅＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｅｓｔＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＴｈｒｅａｄＭｉｌｌｉｎｇ ＺｈａｎｇＳｈｅｎｇｆａｎｇ，ＷａｎｇＨａｏｈｕａ，ＭａＦｕｊｉａｎ，ＨｕａｎｇＷｅｎｌｉ，ＳｈａＺｈｉｈｕａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｌａｗｏｆｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｔｈｒｅａｄｍｉｌｌｉｎｇｏｆｔｉｔａｎｉｕｍ ｔｈｒｅａｄ，ａ３Ｄｔｈｒｅａｄｍｉｌｌｉｎｇｍｏｄｅｌｗｈｉｃｈｃａｎｒｅｆｌｅｃｔｃｕｔｔｉｎｇｔｏｏｌｒｏｔａｔｉｏｎ，ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄａｘｉａｌｆｅｅｄｍｏｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎａｎｄｔｏｏｌｃｈｉｐｃｏｎｔａｃｔ＆ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｒｕｌｅｓ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｅｅｄｐｅｒ ｔｏｏｔｈａｎｄｃｕｔｔｉｎｇｓｐｅｅｄｏｎｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓ ｉｎｇｏｆｔｈｅｆｅｅｄｐｅｒｔｏｏｔｈ，ａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｃｕｔｔｉｎｇｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｅｅｄｐｅｒｔｏｏｔｈｉｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉ ｃａｎｔ．Ｔｈｅｔｈｒｅａｄｍｉｌｌｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅ３Ｄｔｈｒｅａｄｍｉｌｌｉｎｇｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｍａｘｅｒｒｏｒ ｉｓ１４％ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙ；ｔｈｒｅａｄｍｉｌｌｉｎｇ；ｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ 验，测得了铣削过程中的铣削力和转矩，并研究了分 　引言 析螺纹参数、铣削参数及刀具角度对铣削过程的影 钛合金广泛用于航空航天、轮船、汽车和轨道交 ［４］ 响；陈铭等 建立了ＰＣＤ螺纹铣刀铣削过程２Ｄ有 通等重要领域，并有大量的螺纹连接孔需要加工，由 限元分析模型，从切削力、切削温度、刀具内部应力 于钛合金具有摩擦系数大、粘性大和导热系数低等 及已加工表面塑性应变四个方面研究刀具参数对切 特点，导致丝锥攻丝时出现加工效率低、切削力大、 削过程的影响，并进行了刀具结构设计。 质量不稳定等缺点。螺旋铣螺纹技术是随着数控技 目前，国外对螺纹铣削的研究多集中在使用解 术的发展而兴起的一项新型螺纹加工技术，在加工 析建模方法及试