陈珊珊，周勇

(北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081)

薄壁回转体零件具有结构紧凑，质量相对较轻的特点，在航空航天、精密仪器、汽车等行业得到广泛应用［1］。坦克传动系统中齿圈属于此类零件，因其工作载荷大，采用高强度材料，加工中易产生变形，工艺参数对零件加工质量具有重要影响。文中以复合排大齿圈为研究对象，建立了齿圈切削模型，利用Deform3D软件，仿真分析了不同切削参数下切削力和切削热对齿圈加工精度的影响，为齿圈工艺设计提供参考。

1 齿圈有限元模型

1.1 齿圈结构

复合排大齿圈是装甲车上典型的薄壁回转类零件，其毛坯外圆尺寸400 mm×320 mm×80 mm，结构如图1所示，其毛坯如图2所示。

图1 零件三维图

图2 复合排齿圈毛坯

1.2 工件材料模型

工件材料的本构模型要求能准确描述切削过程中应力与应变、应变速率、温度等关系。齿圈材料为40CrNiMoA，采用的数值模型如下:

1.3 磨损模型

齿圈仿真分析采用Usui模型，其适用于连续的金属切削加工分析。该模型如下所示:

式中:w为磨损深度;p为接触压力;v为滑移速度;T为接触面温度;dt为时间增量;a、b为常数。

1.4 齿圈仿真模型

为便于计算，取齿圈外圆上的1/24(即15°)进行建模，弹塑性体。刀具采用刀具库中的DNMA432，刀具材料为WC，刚形体 (rigid)，刀架为夹具中的DDJNL，齿圈仿真模型如图3所示。

图3 齿圈切削仿真模型

在仿真软件中设置仿真步数为800，存储增量为25步保存一次。采用国际标准单位制SI，仿真模式为热传递和变形，变形求解器采用Sparse解法。

在齿圈仿真分析中，不考虑刀具的应力应变，采用绝对网格，网格尺寸比例为4，网格数为25 000。……