侯健 金永超

中国工程物理研究院材料研究所 四川 江油 621907

引言

应力与热是机加过程比较关注的问题，尤其在薄壁工件或是活性金属材料的加工过程，应力与热导致的工件变形和切屑着火都会引起不可接受的后果，表面的残余应力容易导致工件产生变形和表面裂纹的萌生，影响工件的表面加工质量，进而影响工件的机械性能和疲劳寿命[1-2]。本文采用有限元方法模拟了三维车削与钻孔过程的应力与热分布，有助于对加工过程有更多认识。

1 模拟参数设置

在有限元车削模拟软件AdvantEdge 6.2上开展相关模拟。刀具的选择是一个重要环节，刀具为普通碳钢。通常采用的是平面车刀片，加工之前应先确定刀具车削刃的钝圆半径、前角、后角、刀具涂层数及涂层厚度等。最大单元尺寸为0.1mm，最小单元尺寸为0.02mm，钝圆半径为0.02mm，网络梯度为0.5。模拟材料性能设置为25至400℃范围热导率从3.12至16.2 W/（m•K），比热为0.114至0.14kJ/（kg·K）。三维刀具需从外部导入，首先在三维CAD软件UG中建好三维刀具的模型，保存该模型的STEP文件，然后将该文件导入AdvantEdge中。

在车削加工中通常保持刀具固定，使工件绕转轴做旋转运动，工件相对刀具的运动速度为0.377m/min，刀具的背吃刀量为0.15mm，吃刀深度为1mm；在钻孔加工中通常保持工件固定，使刀具从某一点钻入并绕刀具转轴做旋转运动，刀具的转动速度为300rpm，每转的进刀量为0.4mm。三维车削及钻孔加工中需给定刀具及工件的初始位置，车削加工中的输入参数是刀具的背吃刀量及工件的旋转速度，钻孔加工中的输入参数是刀具的旋转速度。……