Zusammenfassung: Die maschinelle Bearbeitung des tiefen Lochs wird unter dem geschlossenen Schwellenzustand überschnitten, und die Schnittzustand des Werkzeugs kann nicht direkt beobachtet werden. Die Metallplastikformungssimulations-Software DEFORM-3D wird benutzt, um den Tiefbohrenprozeß mit der Finite-Element-Methode dynamisch zu simulieren, voraussagen die Temperatur und Druckänderungen im Verarbeitungsprozeß, vergleichen die Temperaturänderungen und Vergleichsspannung unter verschiedenen bohrenden Parametern und die Änderungskurven der Schneidetemperatur und der gleichwertigen linken Kraft unter verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten zu erreichen. Die Ergebnisse zeigen dass die Schnitttemperaturanstiege mit dem Anstieg der Schnitttiefe, und neigen, stabil zu sein allmählich; Die Schneidetemperatur ist zur Schnittgeschwindigkeit proportional, während die Effektkraft nicht viel mit der Änderung des Schnitts von Parametern ändert.
Schlüsselwörter: tiefes Loch Rugong; D-eform -3D; Bohrung
Die maschinelle Bearbeitung des tiefen Lochs ist einer der schwierigsten Prozesse im maschinell bearbeitenden Loch, und wird feste Bohrungstechnologie des tiefen Lochs als die Schlüsseltechnologie der Bearbeitungstechnologie des tiefen Lochs erkannt. Die traditionelle Verarbeitungsmethode ist zeitraubend und arbeitsintensiv, und die Präzision der Verarbeitung des tiefen Lochs ist nicht hoch, gibt es auch das Problem der häufigen Werkzeugänderung und des Risikos des Werkzeugbruchs [1]. Gewehrbohrung ist eine ideale Verarbeitungsmethode zur Zeit. Bei dem tiefen Loch, das verarbeitet, ist das Bohrgestänge dünn und lang, einfach, Erschütterung und die erzeugte Hitze- und Ausschnittschulter sind abzulenken, zu erzeugen nicht einfach zu entladen. Es ist nicht möglich, die Schnittzustand des Werkzeugs direkt zu beobachten. Zur Zeit, gibt es keine ideale Weise, den Temperaturwechsel und die Verteilung im Schnittbereich in der Realzeit [w] zu überwachen. Nur Erfahrung kann verwendet werden, um zu urteilen, ob der Schneidvorgang normal ist, indem man auf den Schnittton hört und die Chips aufpasst und die Erschütterung und andere Auftrittphänomene berührt.
In den letzten Jahren mit der schnellen Entwicklung der Computerhardwaretechnologie und der numerischen Simulation, versieht Simulationstechnik eine leistungsfähige wissenschaftliche und technologische Weise, dieses Problem [4] zu lösen. Simulationsbohrung ist von der hohen Bedeutung für das Verbessern der Genauigkeit, der Stabilität und der Leistungsfähigkeit der maschinellen Bearbeitung von tiefen Löchern. Zur Zeit können einige Gelehrte den Verarbeitungsprozeß durch etwas moderne Messverfahren und Software-Analyse indirekt beurteilen oder im Voraus voraussagen. Zum Beispiel gründeten Ding Zhenglong von Universität Xi'ans Jiaotong und andere Gelehrte eine on-line-Maßplattform, um den inneren Durchmesser von tiefen Löchern [5] zu messen, aber der Verarbeitungsprozeß könnte nicht online überwacht werden; einige Ingenieure verbesserten die Verfahrenstechnik von tiefen Löchern, indem sie die traditionelle Struktur der Werkzeugmaschine änderten. Zum Beispiel um zu verhindern dass die Schnittschulter die Lochwand, nach der Verarbeitung benutzt wurde, die Werkzeugmaschinenspindel in einer umgekehrten Struktur verkratzt, und das Selbstgewicht der Schneidflüssigkeit und der Ausschnittschulter wurde benutzt, um die Chips zu machen glatter entladen von der V-förmigen Nut des Bohrgestänges [6] und anderer Maßnahmen, bohrende Qualität effektiv zu verbessern.
In diesem Papier wird der Def-〇 rm-3D Metallplastik, der Simulations-Software bildet, benutzt, um den Bohrprozess dynamisch zu simulieren; Die Temperatur- und Druckänderungen unter verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten werden erreicht, und der Verarbeitungseffekt des tiefen Lochs wird im Voraus vorausgesagt, das eine Basis für den Entwurf und die Durchführung des tiefen Lochs Kühlmittel verarbeitend bietet.
1. Funktionsprinzip und Bohrungstechnologie des Gewehrbohrgeräts
1,1 Funktionsprinzip des Gewehrbohrgeräts
Gewehrbohrgerät ist das Hauptwerkzeug für die maschinelle Bearbeitung von tiefen Löchern. Es hat die Eigenschaften der guten Genauigkeit und der niedrigen Oberflächenrauigkeit nach einer Bohrung [7]. Die grundlegende Struktur des Gewehrbohrgeräts wird im Abbildung 1. gezeigt
Abbildung 1-grundlegende Struktur des Gewehr-Bohrgeräts
Gewehrbohrgerät besteht Kopf, Bohrgestänge und aus Griff. Der Kopf ist die Schlüsselkomponente des ganzen Gewehrbohrgeräts, das im Allgemeinen vom Hartmetall hergestellt wird. Es gibt zwei Arten: integrale Art und geschweißte Art, die normalerweise mit dem Bohrgestänge geschweißt werden. Das Bohrgestänge des Gewehrbohrgeräts wird im Allgemeinen vom speziellen legierten Stahl hergestellt und wärmebehandelt, ihn zu machen haben Sie gute Stärke und Starrheit und muss genügende Stärke und Härte haben; Der Griff des Gewehrbohrgeräts ist benutzt, um das Werkzeug mit der Werkzeugmaschinenspindel anzuschließen und ist entsprechend bestimmten Standards entworfen und hergestellt.
1,2 Gewehrbohrprozess
Während der Operation wird der Griff des Gewehrbohrgeräts auf der Spindel der Werkzeugmaschine festgeklemmt, und der Bohrer kommt das Werkstück durch die Aufnahmebohrung oder die Führungsbuchse für die Bohrung. Die einzigartige Struktur des Bohrgerätblattes spielt die Rolle der Selbstanleitung und stellt die Schnittgenauigkeit sicher. Zuerst Prozess das Versuchsloch und erreichen dann 2~5 m m auf dem Versuchsloch mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit d.h. der Punkt im Abbildung 2. gleichzeitig, öffnen das Kühlmittel, indem er intercooling; Fangen Sie an, mit normaler Geschwindigkeit nach dem Versuchsloch maschinell zu bearbeiten wird erreicht. Während des Bearbeitungsprozesses nehmen Sie die zeitweilige Fütterung an und ziehen Sie jedes Mal ein! 2 Tiefe, tiefes Loch und kurze Schulter verwirklichend; Wenn die maschinelle Bearbeitung fertig ist und das Wesen verlässt, nehmen Sie zuerst das Werkzeug mit einer schnellen Geschwindigkeit zu einem bestimmten Abstand von der Lochunterseite zurück, nehmen Sie dann das Versuchsloch an einer niedrigen Geschwindigkeit und das Bearbeitungswerkstück und die Drehung weg vom Kühlmittel schließlich schnell zu lassen heraus. Der ganze Prozess wird im Abbildung 2. gezeigt Die punktierte Linie in der Zahl stellt schnelle Zufuhr dar, und die durchgezogene Linie stellt langsame Zufuhr dar.
2. Analyse der Tiefbohrenkraft
Verglichen mit anderen metallschneidenden Methoden, ist der bedeutendste Unterschied zwischen Tiefbohren und anderen metallschneidenden Methoden, dass das Tiefbohren die Positionierung und die Unterstützung benutzt, des Führungsblocks, zum in den geschlossenen Hohlraum zu bohren. Der Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ist der nicht einzelne Kontakt des blade+91, aber auch der Kontakt zwischen dem zusätzlichen Führungsblock auf dem Werkzeug und das Werkstück.
Wie in Abbildung 3. gezeigt Der Kanonenbohrer wird aus drei Teilen verfasst: Schneidwerkzeugkörper, Schneiderzahn und Führungsblock. Der Schneiderkörper ist hohl. Die Schnittschulter kommt von der Vorderseite und von den Entladungen durch das Bohrgestängeloch herein. Der hintere Faden wird benutzt, um an das Bohrgestänge anzuschließen. Der Hauptnutzungsrand auf den Schneiderzähnen wird in zwei, nämlich, die Außenkante und den inneren Rand unterteilt.
Das Kobalt im tiefen Loch der inneren Schulter des multi Blattes als Beispiel nehmend, sind das zusätzliche Blatt und zwei Führungsblöcke auf dem gleichen Umfang, und der Dreipunkt- örtlich festgelegte Kreis ist Selbst führte. Die Kraft auf ihr wird analysiert. Das vereinfachte mechanische Modell wird in der Zahl gezeigt
4. (1) Schnittkraft F. Die Schnittkraft auf Werkzeugen des tiefen Lochs kann in gegenseitig tangentiale senkrechtkräfte F, und in Radialkräfte F zerlegt werden, und axiale Kraft, die Radialkraft direkt führt, um verbiegende Deformation, axiale Kraft zu bearbeiten, erhöht Meißelverschleiß, während tangentiale Kraft auf innovativem hauptsächlich Drehmoment produziert. Bei der Verarbeitung wird es immer gehofft, um die axiale Kraft und das Drehmoment auf der Voraussetzung der Gewährleistung der Verarbeitungsqualität und der Leistungsfähigkeit so viel wie möglich zu verringern. Im Allgemeinen wird die Nutzungsdauer des Werkzeugs direkt mit der axialen Kraft und dem Drehmoment verbunden. Übermäßige axiale Kraft macht den Bohrer einfacher zu brechen, und übermäßiges Drehmoment beschleunigt auch die Abnutzung und den Bruch des Werkzeugs, bis es ausrangiert ist [1 °].
(2) Reibung f. Reibung/and/2 werden erzeugt, wenn der Führungsblock im Verhältnis zu der Lochwand sich dreht; Die axiale Reibung zwischen dem Führungsblock und der Lochwand, wenn er entlang die Achse is/lu und 7L sich bewegt;
(3) wird Verdrängungskraft die Verdrängungskraft durch die elastische Deformation der Lochwand verursacht. Die Verdrängungskraft zwischen dem Führungsblock und der Lochwand ist M und ^ 2. entsprechend dem Prinzip der Kraftsystembalance, kann es bekannt dem:
Wo: ist die resultierende Kraft der vertikalen Schnittkraft; F. Ist das Endergebnis der Radialschnittkraft; F ist das Endergebnis der Umfangsschnittkraft. Annehmend, dass nur Coulombreibungskoeffizient betrachtet wird, sind die axiale Reibung und die Umfangsreibung auf dem Führungsblock gleich. Er kann durch Experiment gerade sein
Schließen Sie das Drehmoment M an und F a maß während der Verarbeitung des tiefen Lochs.
Für einen gegebenen Bohrer ist sein Nenndurchmesser und der Positionswinkel des Führungsblocks wird bestimmt. Darüber hinaus ist die empirische axiale Kraft der Schnittkraft Hälfte der Hauptnutzungsschnittkraft. Indem man die oben genannte Formel synthetisiert, können die Schnittkraftkomponenten und die Kraft auf dem Führungsblock berechnet werden.
3. Bohrungssimulation des Gewehrbohrgeräts
Das Tiefbohren der inneren Schulter wird in einer geschlossenen oder halb geschlossenen Bedingung durchgeführt. Die Schnitthitze ist nicht einfach zu zerstreuen, ist die Schulter schwierig zu vereinbaren, und die Starrheit des Prozesssystems ist arm. Als das Kühlmittel in der Bohrung produzierte, kann den Schnittbereich, nicht mit dem Ergebnis des schlechten Abkühlens eintragen und Schmierung, die Werkzeugtemperatur steigt stark und beschleunigt Meißelverschleiß; Mit dem Anstieg der Saattiefe, der Werkzeugüberhangszunahmen und der Starrheit der Bohrprozesssystemabnahmen. Alles diese vorgebracht einigen speziellen Anforderungen für den Tiefbohrenprozeß mit internem Chipabbau. Dieses Papier sagt die Hitze und die Schnittkraft voraus, die im Schneidvorgang durch die Wiedergabesimulation der tatsächlichen Prozessbedingungen erzeugt werden, die eine Basis für die Optimierung des Tiefbohrenprozesses bietet. 3,1 ist Definition von Bohrungsparametern und von Materialeigenschaften DEFORM ein Satz des begrenztes Element basierten Prozesssimulationssystems für das Analysieren des Metalls, das Prozess bildet. Indem sie den ganzen Verarbeitungsprozeß auf dem Computer simulieren, können Ingenieure und Designer die nachteiligen Faktoren unter verschiedenen Arbeitsbedingungen im Voraus voraussagen und den Verarbeitungsprozeß nM2 effektiv verbessern]. In diesem Papier wird das 3D, das Software Pm/E modelliert, verwendet, um das Simulationswerkzeugmodell zu zeichnen, und das Modell wird gespeichert, während das STL-Format in Defo-Rm - 3 D. importiert wird. Der Satz, der Parameter schneiden und die Bedingungen werden in Tabelle 1. gezeigt.
(1) Einstellung von Arbeitsbedingungen: ausgewählte Bohrung als die Bearbeitungsart, der Einheitsstandard ist SI, eingab die Schnittgeschwindigkeit und Vorschubzahl, die umgebende Temperatur ist 20t: , ist der Reibungsfaktor der WerkstückKontaktfläche 0,6, der Wärmeübertragungskoeffizient ist 45 W/m2. 0C und das thermische Schmelzen ist 15 N/mm2/X.
(2) Einstellung des Werkzeugs und des Werkstückes: das Werkzeug ist steif, ist das Material Stahl 45, ist das Werkstück Plastik, und das Material ist WC-Karbid.
(3) stellte das Verhältnis zwischen Gegenstände ein: Das Herr-Sklave-Verhältnis von Rm D e FO ist dieser steife Körper ist das Hauptteil und Plastikkörper ist der Sklave, also ist das Werkzeug aktiv und das Werkstück wird gefahren.
Hauptparameter der Tabelle-1 des Werkstückes und des Werkzeugs
Um den Einfluss von verschiedenen Prozessparametern auf die Temperaturänderungen, wird Druck und Belastung im Schneidvorgang zu vergleichen, die Simulation unter verschiedenen bohrenden Parametern wie in Tabelle 2 gezeigt durchgeführt, und die Ergebnisse werden beobachtet.
Gewehrbohrungsparameter der Tabelle-2
3,2 bohrende Simulations- und Ergebnisanalyse
(1) Temperatur
Die meisten der Energie, die in metallschneidendem verbraucht wird, wird in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Hitze veranlaßt die Temperatur der Schnittzone, zu steigen es beeinflußt direkt den Meißelverschleiß, die Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung und die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes. In Hochgeschwindigkeitsmetallschneidendem schwere Reibung und zerbrechen, lokalen Temperaturanstieg zur hohen Temperatur in einer kurzen Zeit zu machen. In der Gewehrbohrung kommt die Hitze hauptsächlich von der Deformation der metallschneidenden Schulter, die Reibung zwischen der Bohrgerätstützauflage und der Werkstücklochauflage und der Reibung der Schnittschulter auf dem Werkzeugrührstangengesicht [13]. Alle diese Hitze muss durch die Schneidflüssigkeit abgekühlt werden. Indem man den Bohrprozess simuliert, werden die Temperaturwechsel im Kontaktgebiet des Werkstückes mit verschiedenen Geschwindigkeiten und die Zufuhren erhalten. Diese Daten bieten eine Entwurfsbasis für die Optimierung des Kühlsystems während der maschinellen Bearbeitung des tiefen Lochs. Wegen der Hochleistungsanforderungen des Computers für das Simulieren des Bohrprozesses, dauert es eine lange Zeit, das komplette Loch zu simulieren, das Prozess verarbeitet. Indem man die Schrittgröße der Bohrungssimulation einstellt, wird die Tiefe der Simulation gesteuert, um die stabile Verarbeitung zu erzielen.
Die Simulationszustand, welche die Anzahl von Simulationsschritten einstellt, wird als 1000 eingestellt, wird die Anzahl von Simulationsabstandschritten als 50 eingestellt, und die Daten werden automatisch jede 50 Schritte gespart; Deform-3D nimmt anpassungsfähige Maschengenerationstechnologie an. Das Werkstück ist ein Plastikkörper. Die Maschengeneration wird benutzt, um die Schnittkraft zu berechnen. Der absolute Elementtyp wird im Abbildung 5 gezeigt, und die Simulationsergebnisse werden herein gezeigt
Tabelle 3.
Modell des begrenzten Elements des Abb. 5 und Bohrprozess des Kanonenbohrers
Datenerfassung der Tabelle-3 der Schnittgeschwindigkeit und der Temperatur mit Schritten
Indem man die Daten in Tabelle 3 analysiert und verarbeitet, werden die Kurven des Temperaturwechsels des Werkstückschnittbereichs mit der Anzahl von Schritten unter drei Arbeitsbedingungen wie in Abbildung 6. gezeigt erreicht
Abb. 6 zeigt, dass die bohrende Geschwindigkeit einen großen Einfluss auf die Temperatur des Werkstückkontaktgebiets hat. Zu Beginn der Bohrung fangen der Bohrer und das Werkstück an in Verbindung zu treten, und die Vorschubzahl ist groß. Die scharfe Auswirkung des Werkzeugs auf die Werkstückursachen die Ausgangstemperatur, zum groß zu ändern und schnell zu steigen. Während die Bohrung neigt, stabil zu sein, wird die Kurve im Allgemeinen, leicht aber schwankt noch, die für die Verarbeitung des tiefen Lochs normal ist. Weil der Bohrer Durchmesser klein ist und die Vorschubzahl groß ist, besteht die Erschütterung weiter.
Es kann vom Abb. 6 auch gesehen werden, dass Bohrungsgeschwindigkeit einen großen Einfluss auf Temperatur hat. Während die Geschwindigkeit sich erhöht, erhält die bohrende Temperatur höher und höher. Von den Ergebnissen des Modells des begrenzten Elements, tritt die maximale Temperatur, die mit verschiedenen bohrenden Geschwindigkeiten erzeugt wird, im lokalen Deformationsbereich nahe der Bohrerspitze auf, weil diese ist, wo Plastikdeformation und Reibung der Werkzeugschulter konzentriert werden.
Abb. 6-Veränderungs-Kurve der Kontaktgebiet-Temperatur mit Schnittgeschwindigkeit
(2) Vergleichsspannungsverteilung
Von Mises-Druck ist eine Vergleichsspannung, die auf Scherbelastungsenergie und einem Ertragkriterium basiert. Nach der Einleitung der Vergleichsspannung, egal wie komplex der Spannungszustand des Elementkörpers ist, kann es als der Druck vorgestellt werden, wenn man eine Spannung in einer Richtung auf dem Zahlenwert trägt. Das entsprechende Verhältnis zwischen der Vergleichsspannung und der gleichwertigen Belastung, die von der Analyse erreicht wird, reflektiert die Arbeitsverdichtung des Werkstückmaterials, das durch Plastikdeformation durch Finit-Element-Methode verursacht wird, welche die Vergleichsspannungsänderungen des Gewehrbohrgeräts mit verschiedenen bohrenden Geschwindigkeiten erreicht werden. Der Simulationsabstand ist 50 Schritte, und die Ergebnisse werden automatisch jede 50 Schritte, wie in Tabelle 4. gezeigt gespeichert.
Datenerfassung der Tabelle-4 Schnittgeschwindigkeit und gleiche Kraft mit Schritten
Die Analyse des Verhältnisses zwischen der Vergleichsspannung und der Anzahl von Schritten wird im Abbildung 7. gezeigt Es kann gesehen werden, dass verschiedene Spindelgeschwindigkeiten wenig Einfluss auf die Vergleichsspannung des Werkstückes während der Verarbeitung haben und innerhalb eines bestimmten Bereiches schwanken, aber die Tendenz der maximalen Vergleichsspannungsänderung unter den drei Prozessbedingungen ist sehr ähnlich.
Die Kurve im Abbildung 7 der bohrenden Vergleichsspannung zeigt, dass der Druck im Anfangsstadium der Bohrung groß ist. Während die Saattiefe stabil wird, fällt die Kurve im Allgemeinen und wird leicht. Gleichzeitig durch die Druck- und Belastungsanalyse, ist die maximale Vergleichsspannung des Gewehrbohrgeräts 1550 M Pa, und die globale maximale Verschiebung ist 0,0823 m M.
4. Schlussfolgerung
Der Schneidvorgang des tiefen Lochs wird effektiv simuliert, indem man die Software von Defo-Rm verwendet. Der Temperaturwechsel und die Druckänderung im Schneidvorgang werden analysiert, und die Änderungskurve zwischen der Schneidetemperatur und der Schnittgeschwindigkeit wird erreicht. Dieses bietet eine bestimmte Basis für die Studie des Schnittmechanismus der tiefen Lochmaschineller bearbeitung, der Auswahl des Schnitts von Parametern und von Entwurf des Kühlsystems in der tatsächlichen maschinellen Bearbeitung.