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刀具应用
CUTTING TOOLS APPLICATION
被加工零件为圆形薄板，直径为 φ12mm，
厚度为 3mm，并预制出直径 φ9.7mm 的初孔。
同样使用 CATIA 软件建立被加工零件的模型并
导入 AdvantEdge 软件，材料选择 TC4 钛合金，
并为零件模型划分网格。零件网格的最大单元尺
寸设为 1mm，最小单元尺寸设为 0.2mm，网
格等级设为 0.5。
如图 2 所示，设置刀具和零件的装配关系。
切削参数设置为转速 500r/min， 进给量 0.08mm/r。
(a) 刀具应力云图
(b) 刀尖温度云图
图 2 有限元仿真模型
根据有限元仿真的结果对单刃镗刀加工钛合
金孔的切削状态进行分析。图 3a 为刀具应力的
分布云图，可以看出刀具的应力主要集中在刀尖
处。同时，刀头与颈部的连接处也是应力比较集
中的位置。图 3b 为刀尖切削温度的分布云图，
根据图中色彩分布梯度可知，刀尖的温度最高，
约为 350℃ 左右， 而刀头部分的温度随着与刀尖 (c) 切屑仿真结果
距离的增加迅速降低。这是由于刀头部分体积较
小，切削刃很短，与工件的接触面积小，切削时
产生的热量只有少部分能够传递到刀具上，大部
分热量会被切屑带走。图 3c 为切屑形态及温度
的仿真图，镗孔加工产生的切屑为细长的螺旋状
切屑，温度大约为 450℃左右。
图 3d 为切削力的仿真曲线，可以看出，切
削力的轴向分力很小，只有 5N 左右，而径向分
(d) 切削力仿真曲线
力随着刀具的旋转在 ± 40N 之间呈周期性变化。
图 3 有限元仿真结果
这是因为切削深度和进给量较小，使得背向力和
进给力都很小，切削力主要由切向力构成。仿真 3.单刃镗刀的设计与制造
曲线可以近似看作是切向力在 X 轴和 Y 轴上的 由于铰刀的容屑槽较浅，容屑空间小，切削
分力随时间的变化曲线。 刃长，且钛合金的黏性比较大，钛合金切屑很容
第08期 数控机床市场 ·101·
