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基于Deform−3D的阶梯钻钻削Inconel718有限元仿真

王宙彪 周俊

王宙彪, 周俊. 基于Deform−3D的阶梯钻钻削Inconel718有限元仿真[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.22-0129
引用本文: 王宙彪, 周俊. 基于Deform−3D的阶梯钻钻削Inconel718有限元仿真[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.22-0129
WANG Zhoubiao, ZHOU Jun. Finite element simulation of step drilling Inconel718 based on Deform−3D[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.22-0129
Citation: WANG Zhoubiao, ZHOU Jun. Finite element simulation of step drilling Inconel718 based on Deform−3D[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.22-0129

基于Deform−3D的阶梯钻钻削Inconel718有限元仿真

doi: 10.12299/jsues.22-0129
详细信息
    作者简介:

    王宙彪(1995−),男,在读硕士,研究方向为金属切削理论. E-mail:18339067735@163.com

    通讯作者:

    周 俊(1967−),女,副教授,博士,研究方向为制造系统的建模、仿真. E-mail:shuu_shun@163.com

  • 中图分类号: TG52;TP391.9

Finite element simulation of step drilling Inconel718 based on Deform−3D

  • 摘要:

    镍基高温合金Inconel718在600 ℃以上的高温环境下能够保持优秀的机械性能,被广泛应用于航空航天等重要科技工业领域. 但其钻削过程中易出现钻削力大、钻削区域温度过高、刀具磨损较大等现状,属于难加工材料. 针对此,以麻花钻为基础设计一种阶梯钻头,引入直径比(第1阶梯与第2阶梯直径之比)概念,并利用Deform−3D软件对两种钻头钻削Inconel718的过程进行有限元仿真. 结果显示,相比麻花钻,在同样的钻削环境下,阶梯钻平均能降低25.5%的轴向力,刀具磨损最大降低33.9%,工件钻削区域温度更低且钻头温度分布更理想.

  • 图  1  阶梯钻几何结构图

    Figure  1.  Geometric structure of step drill

    图  2  阶梯钻钻削仿真模型

    Figure  2.  Drilling simulation model of step drill

    图  3  不同钻头轴向力随时间变化曲线

    Figure  3.  Variation curves of axial force of different bits with time

    图  4  直径比0.8阶梯钻轴向力变化示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of axial force variation of step drill with diameter ratio of 0.8

    图  5  不同直径比钻头的平均轴向力

    Figure  5.  Average axial force of bits with different diameter ratios

    图  6  不同阶段的工件温度分布图

    Figure  6.  Temperature distribution of workpiece at different stages

    图  7  不同阶段钻头的温度分布图

    Figure  7.  Temperature distribution of drill bit at different stages

    图  8  钻头磨损深度分布图

    Figure  8.  Distribution of drill bit wear depth

    表  1  阶梯钻和麻花钻参数

    Table  1.   Parameters of step drill and twist drill

    刀具第1钻顶角Φ1/(°)第2钻顶角Φ2/(°)第1阶梯直径$ {D}_{1}/{\rm{mm}} $第2阶梯直径$ {D}_{2}/{\rm{mm}} $螺旋角$ \beta /$(°)横刃补角ψ/(°)刃带宽$ b/{\rm{mm}} $刃带高$ c/{\rm{mm}} $
    阶梯钻118903.5/4.0/4.55301260.20.55
    麻花钻1185301260.20.55
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    表  2  Inconel718的J−C参数[12]

    Table  2.   J−C parameters of Inconel718[12]

    A/MPaB/MPaCmn
    10125130.02712.540.422
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    表  3  刀具材料的性能参数

    Table  3.   Performance parameters of tool materials

    名称弹性模量/GPa泊松比密度/(kg•m−3)热导率/(W·m−1•K−1)比热容/(J·kg−1•K−1)抗弯强度/MPa硬度(HRA)
    YG86000.221450075.4220447089
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    表  4  工件材料的性能参数

    Table  4.   Performance parameters of workpiece materials

    名称弹性模量/GPa泊松比密度/(kg•m−3)热导率/(W·m−1•K−1)比热容/(J·kg−1•K−1)抗拉强度/MPa屈服强度/MPa
    Inconel7182100.3828014.6435$1\;430$1110
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-06
  • 刊出日期:  2022-12-30

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