[发明专利]一种汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法

说明书

技术领域

本发明属于刀具领域，尤其涉及一种汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法。

背景技术

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目的是在产品制造过程中，对环境的负面影响最小，与环境协调发展，达到企业经济效益与社会效益的双赢。绿色切削技术是绿色制造的一个组成部分，干式切削是在切削加工过程中不使用任何切削液，完全消除切削液负面影响的一种绿色切削加工方式。干式切削的实现要考虑由于缺少切削液的润滑、冷却、排屑等作用后，刀具-工件、刀具-切屑之间的摩擦力、切削力、切削热、刀具寿命及加工质量的变化等，继而对刀具、机床、工件在内的整个工艺系统进行全面地考虑。在绿色制造的大背景下，中国大陆汽车工业领域竞争异常激烈，价格大战此起彼伏。作为汽车生产厂家都在千方百计地考虑如何降低生产成本这个问题，以顺应激烈的市场竞争，而用国产刀具替代进口刀具是减少生产成本的一条重要途径之一。用户对于能承受更高的切削热、具备高速切削性能、价格适中的国产干式切削刀具比较欢迎。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，旨在缩短干式钻头的设计周期和设计成本，优化结构参数，提高刀具强度、刚度和排屑性能。

本发明是这样实现的，一种汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，对汽车发动机气缸体用高速钻头高速切削时，就钻头的前角、后角、螺旋角对钻头的最大应力和最大变形的影响作单因素的有限元数值计算和对比分析，以提高刀具强度、刚度和排屑性能为目标，进行优化参数分析。

进一步，汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法的具体过程包括：

步骤一、对汽车发动机气缸体用高速钻头的基础理论及干式切削机理进行研究，试验并分析钻头几何角度(几何参数)对钻削性能的影响以及高速切削时刀具的磨损、破损特征,确定在高速切削时，刀具的损坏形式主要是磨损和破损，增大刀具前角γ₀，增大剪切角φ，切削变形减小，切削力降低，刀具磨损和破损减少，刀具寿命增加；

步骤二、高速切削时，分析前角、后角、螺旋角的综合作用，选定各参数的优化范围，选定前角γ在30°～-30°之间进行刀具的有限元分析和参数优化，选定后角α在12°～16°之间之间进行刀具的有限元分析和参数优化，选定螺旋角螺旋角β在15°～40°之间之间进行刀具的有限元分析和参数优化；

步骤三、依据干式切削刀具材料的选择原则，对常用刀具材料的干式切削性能进行对比分析，确定整体硬质合金、整体硬质合金PVD(TiN)涂层比较适合做汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法的材料；

步骤四、采用Pro/e建模，对刀具结构进行参数化建模，利用ANSYS软件，就钻头的前角、后角、螺旋角对钻头的最大应力和最大变形的影响作单因素的有限元数值计算和对比分析，以提高刀具强度、刚度和排屑性能为目标，进行优化参数，并根据设计优化结果，进行新产品试制。

进一步，在ANSYS软件中对钻头加载时需对其受力模型进行简化，依据材料的连续性，假设力在钻尖部分均匀分布，计算出主切屑刃外缘和靠近钻心部分的轴向力和扭矩，然后进行线性插值处理，得到钻尖部分的受力模型。

进一步，在ANSYS软件中进行网格划分单元时将切削锥部划分得细一些，导向部分划分得粗一些，并从钻尖与导向部分连接处开始逐渐由密到疏，同时在有限元软件中对钻头模型施加各轴向力和切向力。

进一步，钻头有限元分析是在保持后角取12°不变的情况下先对前角和螺旋角进行优化分析，当刀具前角取值28°，螺旋角取25°时最大应力和最大变形最小，从而得到最佳的优化参数，在后角优化分析过程中，选择后角为11°～16°进行验证性分析，最大应力和最大变形在11°～16°之间随刀具的后角的增加有增大的趋势，在12°时最大应力和最大变形最小，确定刀具的后角取值12°最为合理。

效果汇总

本发明首次对于汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，改变类比、实验和仿制等传统的刀具设计方式，可以极大地缩短设计周期和设计成本，对汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法高速切削时，就钻头的前角、后角、螺旋角对钻头的最大应力和最大变形的影响作单因素的有限元数值计算和对比分析，进行了优化参数分析，钻头的可靠性、钻削性能、寿命、钻削质量等有较明显的改善。

附图说明

图1是本发明实施例提供的汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的前角对切削性能的综合影响图。

具体实施方式