阳极铜高速铣削参数优化研究.pdf

2011年8月
机床与液压
Aug.2011
第39卷第16期
MACHINE TOOL & HYDRAULICS
Vol 39 No 16
DOI:10.3969/.isa-1001-3881.2011.16.008
阳极铜高速銑削参数优化研究
刘腊梅,赵琪昌2
(1.沈机集团昆明机床股份有限公司,云南昆明650203
2.云南云铜锌业股份有限公司,云南昆明650106)
摘要:实测了阳极铜的力学性能参数,用CAD软件建立铣削展开后模型,并将模型导入 DEFORM-3D软件对铣削速
度、进给量进行仿真研究,根据仿真结果对切削参数进行优化处理,并将其应用于生产实际。实践证明:通过此种方式,
不仅节省铣削参数实践验证时间,而且降低了生产成本。
关键词:阳极铜;高速铣削;参数优化
中图分类号:TM762.1+2文献标识码
文章编号:1001-3881(2011)16-022
Study on Optimization of Hi h-speed Milling Parameters of Anode Copper
LIU Lamei, ZHAO Qichang
(1. Shenji Group Kunming Machine Tool Company Limited, Kunming Yunnan 650203, China;
2. Yunnan Yuntong Zinc Alloy Co. Ltd Kunming Yunnan 650106, China)
Abstract: The mechanics parameters of anode copper were tested. The milling model was built by CAD. Deform-3d was used to
make simulation study on the model about milling speed and feeding. The cutting parameters were optimized according to simulation re-
sults and they were applied into actual production. It is proved that this method can save cutting parameter proving time and reduce
producing cost.
Keywords: Anode copper; High-speed milling; Parameter optimization
1931年,德国切削物理学家萨洛蒙(Carl.J.的生命力和广阔的应用前景,其具有加工精度高、生
SALOMON)博士提出了一个假设,即被加工材料都产效率高、加工速度快等优势。阳极铜的制造常采用
有一个临界切削速度,在切削速度达到临界速度之直接从治炼炉铸造的方式,其吊耳表面粗糙,且带有
前,切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大,斜度,这使得在电解过程中与电流的接触面积减少,
当切削速度达到普通切削速度的5~6倍时,切削刃从而使电解耗能较大。为此许多厂家要求对阳极铜吊
口的温度开始随切削速度增大而降低,刀具磨损随切耳进行快速加工,以便节能降耗,达到降低生产成本
削速度増大而减小。实践证明:随着切削速度的提的目的。为此作者对阳极铜高速铣削的切削参数进行
高,切屑形态从带状、片状到碎屑状演化,所需单位了研究,以便得出较佳的切削参数,为生产实际提供
切削力在初期呈上升趋势,而后急剧下降。高速切削
定的参考,同时也为其他金属加工提供参考。
加工技术是21世纪的一种先进制造技术,有着强大1阳极銅力学性能的测试
00
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图1拉伸实验试样
当前,阳极铜的力学性能匮乏,而力学性能如材料强度、硬度和塑性等数据,对于刀具材料的选用、
收稿日期:2010-05-30
作者简介:刘腊梅(1973-),女,机械工程师,主要研究方向为机械设计制造与工艺。E-mail;kalium(@126.como
第16期
刘腊梅等:阳极铜高速铣削参数优化研究
刀具参数的确定,尤其对于刀具切削仿真参数的确2.1工件材料模型
定,都有着重要的实用价值。因此作者采用HR
高速加工过程中,材料变形率高于常规速度下加
150A型洛氏硬度计、CSS44100电子万能材料实验工变形率,所以在数值模抆阳高速铣削时,如果
机、DH5937电阻应变仪对制作的阳极铜实验试样采用材料拉伸,材料屈服应力作为断裂标准,将会引
(图1)的力学性能进行测定。其结果如下:阳极铜起很大误差。为此,作者采用适合高应变率情况的流
硬度处于HRB60~83之间,即布氏硬度HB98~142动应力公式(2)来建立材料的流动应力曲线(如图
之间。阳极铜表面由于存在氧化物,比较硬,处于
同时在塑性阶段输人拉伸实验已取得的弹性模
HB98~142之间,而内部介于HRB58~81之间,由量、泊松比,热膨胀系数,在热分析中输入热传导系
底面向表面降低;泊松比λ=0.31~0.34;弹性模量数、热能等数据。
E=76~109GPa,抗拉强度σ=140.29MPa,a2≈
35MPa。延伸率通过用游标卡尺测量,然后计算得出
O≥.
(2)
其延伸率约为8=14.1%,其机械性能接近于606
式中:e,为等效塑性应变率;o为非零应变率下的
2铣削加工有限元模型的建立
屈服应力;。为静态屈服应力;D、n为拟合材料力
铣削过程中,刀具一边做旋转运动,一边做进给
学性能测试数据获得的材料参数,其值分别为
运动,切削刃上切削点的运动轨迹是一条摆线,得到
1.627x10和1.75。
的是变厚度切屑。然而,在铣削加工中由于铣削层的
最大厚度很小,这一摆线路径可以近似为圆弧们。为
2
了简化模型,通常按照式(1)来计算端铣平均厚度:
a sink
式中:h。,为平均厚度,f为每齿进给量,d。为刀体
r'?m→ー
1堂-
直径,an为切削宽度,中为铣削时的接触角。
即常数计算等效厚度,即将刀具按图2方法将
ア1$ニて多まStiロ
旋转运动展开,从而得到图3所示的铣削加工几何模
型,即将铣削模型转化成刨削模型。工件模型尺寸为
0
60mmx8mmx2.5mm。
图4阳极铜流动应力设置图
2.2分离准则的选取
(a)切削层形状
为了提高切削加工过程的模拟速度与避免因切削
切削层 abcdef?等效成
过程中剧烈的塑性变形而使网格发生严重的畸变的问
等厚度切削层 abcdefgh,并放大
题,并防止出现负的Jaco矩阵的可能,从而使求解
工件
得以顺利进行,作者采用基于状态变量误差估计的自
适应网格重划技术
2.3刀ー屑间的摩擦
由于目前对直接测量金属切削过程中刀屑界面上
(b)简化并放大的切削层形状
的摩擦因数还没有成熟的试验方法,为此在文中的模
图2铣削展开示意图
拟中,将刀ー屑摩擦简化为黏着摩擦,且设定摩擦应
力与剪切应力成正比,常数值选取0.18。
2.4边界条件的设置
边界条件的设置见图5
(1)刀具和工件的初始温度设为20℃(这是考
虑模拟与实际加工的环境温度相同)。(