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在模具制造業(yè)，用高速銑削加工替代電加工已成為一種發(fā)展趨勢。模具型腔精加工的典型工藝為：毛坯粗加工一半精加工一熱處理一精加工(高速或超高速銑削)。在精加工工序中，常使用小直徑立銑刀在高轉(zhuǎn)速下進(jìn)行清角和微細(xì)結(jié)構(gòu)加工(小直徑刀具在低轉(zhuǎn)速下加工易發(fā)生崩刃或斷裂)。由于小直徑立銑刀受力時容易變形，導(dǎo)致加工精度缺失，因此對小直徑立銑刀銑削力應(yīng)力場進(jìn)行有限元分析很有必要。
在銑削力試驗(yàn)中，采用Kistler (9257B)三向動態(tài)測力儀、電荷放大器(5017B)和A/D轉(zhuǎn)換卡測量在高速切削時不同切削條件(切削速度、切削深度和進(jìn)給量)下的切削力。該試驗(yàn)獲得的切削力還可在應(yīng)力場有限元分析時用于確定受力邊界條件。
根據(jù)銑刀制造原理，選擇以去除材料的方式來建立銑刀模型。銑刀為中心對稱結(jié)構(gòu)，本文研究的銑刀齒數(shù)為3，所以選取銑刀的1/3進(jìn)行建模，然后利用特征命令完成整個模型的建立。具體步驟如下:
(1)運(yùn)行UG軟件，新建部件“mill”，點(diǎn)擊“建模”一“圓柱”，彈出建立圓柱體，完成刀體外廓的繪制。
(2)點(diǎn)擊“插入”一“曲線”一“螺旋”，彈出螺旋線對話框，輸入?yún)?shù)，單擊確定，建立前刀面第一條螺旋線。同理，根據(jù)前、后刀面和端向截形參數(shù)繪制前刀面和螺旋溝槽所需的另外3條螺旋線。
(3)點(diǎn)擊“直紋面”，分別選擇步驟(2)建立的前刀面螺旋線和螺旋溝槽所需的螺旋線，分別形成刀具前刀面和螺旋溝槽中直紋面部分。
(4)點(diǎn)擊“草繪”，選擇螺旋線起點(diǎn)所在圓柱端面為草繪平面，繪制形成螺旋溝槽所需的圓弧線。點(diǎn)擊“已掃掠”，選擇剛建立的圓弧線為截面線串，步驟(2)建立的2條螺旋線為導(dǎo)線串，單擊確定，完成螺旋溝槽中圓弧面部分的繪制。
(5)選擇“面倒圓”，分別將步驟(3)，(4)建立的曲面連接合并為一個曲面，然后在螺旋線的中點(diǎn)處建立一平面與圓柱端面平行，用前面合并的曲面裁剪該平面，將兩曲面合并為一曲面。
(6)選擇“裁剪體”，用步驟(5)形成的曲面裁剪圓柱體，形成“trimbody”特征，然后環(huán)形陣列此特征，完成立銑刀實(shí)體模型的建立。
完成實(shí)體建模后，必須對實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后施加邊界條件。由銑削力試驗(yàn)得：FX-546N，F(xiàn)y-532N，F(xiàn)Z-472N，將其施加到立銑刀前刀面上即可進(jìn)行有限元分析，最后進(jìn)行模型檢查。
(1)點(diǎn)擊“應(yīng)用”-“結(jié)構(gòu)分析”，進(jìn)入有限元分析模塊;單擊“解法”，彈出“環(huán)境”對話框，設(shè)置有限元分析環(huán)境；單擊“材料屬性”，彈出“材料”對話框，選擇刀具材料并賦予刀具體。
(2)單擊"3D四面體網(wǎng)格”，出現(xiàn)三維網(wǎng)格生成器，單擊“自動選擇”可由計算機(jī)自動計算出較合適的單元尺寸，選擇刀具體，生成3D網(wǎng)格。
(3)單擊“屬性編輯器”，對需要編輯網(wǎng)格的組合面及曲線進(jìn)行屬性設(shè)置，編輯密度;選擇“更新有限元模型”，更新模型網(wǎng)格;再次選擇“材料屬性”，選擇劃分好的網(wǎng)格，使網(wǎng)格被賦予材料等機(jī)械特性；單擊“載荷類型”，為模型添加載荷；選擇“約束類型”，為有限元模型添加邊界條件。
(4)選擇“有限元模型檢查”，出現(xiàn)模型檢查對話框，設(shè)置檢查類型為“綜合的”，單擊確定;點(diǎn)擊“解算”，彈出“解算”對話框，單擊確定，有限元模型開始進(jìn)行分析，出現(xiàn)分析完成對話框時單擊確定即可。
經(jīng)計算機(jī)輔助解算和后處理，即可得到立銑刀切削時的三維應(yīng)力場分布結(jié)果。立銑刀的應(yīng)力主要分布于銑刀的懸臂處及刀刃處。
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