英文翻译样本

西安建筑科技大学华清学院

毕业设计 (论文) 英文翻译

院（系）：机械电子工程系

专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：白晓光

学号：200906040304

指导教师：王发展

日期：2013.03.15

分析有限元法预测钻孔时的推力和转矩

机械和航空航天工程学院，北卡罗莱纳州立大学，罗利，NC27695-7910，USA

机械工程学院，密歇根大学，安阿伯，MI48109，USA

摘要

开发分析有限元技术是用于预测麻花钻钻孔时的推力和扭矩。该方法是基于代表作为一系列的倾斜部分沿切削刃的切削力。同样，切割在凿区域被视为正交切削，这种切削是利用在径向位置的不同切削速度。对于每个区段，欧拉有限元模型被用来模拟切削力,分力合并，以确定整体的推力和钻削扭矩。实验发现,在垂直、倾斜切割和钻探测试中，力与力矩的实测与预测之间有很好的一致性。进行钻探的测试是基于AISI 1020多个直径的钻头、主轴转速和进给率。钻头温度预测技术的延伸，也已经被描述。

2004年由Elsevier公司出版

关键词：有限元建模，钻孔，钻孔推力和力矩

1、介绍

金属的切削加工，如车削，铣削和钻孔被广泛应用于制造业生产各种机械部件。钻孔在孔的生产过程中，是特别重要的，因为它占了很大一部分的整体加工操作。此外，钻井问题可能会导致昂贵的生产浪费，因为许多钻井作业通常是制造的最后一道工序的一部分。

许多研究人员在过去的50年开发了许多用于[1-28]预测钻孔时的扭矩

和推力的分析和数字模型。早期钻孔模型已经由逸夫[1]，牛津[2]，逸夫和

牛津[3]，帕[4]，威廉姆斯[5,6]，奥马瑞和程[7,8]、吴瑞、奥马瑞[9]等人开发。奥马瑞和程[7,8]提出了一种方法，这种方法就是利用一系列斜切割片来

模拟钻孔过程。这种方法由沃顿[10-13]进一步深化，他建立了更详细的模型，这样能够去除两个切削唇和凿子边缘区域的切削材料。阿格皮鸥和德维尔[14,15]利用奥马瑞的方法来预测钻头的温度，并通过Stephenson和德维尔[16]的方法来模拟任意钻点的几何形状。此外，鲁宾斯坦等人[17,18]使用铲

形钻模型。

钻井模型的最新发展是利用一种机械的或有限元的方法。柯恩和 [19〜21]龚和•埃曼[22]开发了机械钻孔模型。有限元法可以提供一个统一的钻探和其他金属切削过程的方法。付艾[23]研究了使用有限元方法进行钻孔。郭和多斐德[24] 和米恩[25]采用有限元建模钻井技术以退出毛刺的形成。特拉和奥谭采用有限元方法以确定钻井扭矩和推力，而波诺和尼二[27,28]用此法预测钻热通量，温度和热失真的钻孔。

在本文中，欧拉热粘塑性有限元模型，已经制定了斜角切削[29]，适用于钻井过程。有限元素切割模型是基于一系列的由卡罗尔和斯坦科维奇[30]，阿特瓦和斯坦科维奇[32]的研究文章，它已经被验证适用于众多工件材料和切削条件。欧拉有限元方法是特别有利的，因为它可以用于形成具有大的负前角，如在横刃的麻花钻发现的模型芯片。另一个独特的功能是，无论是用力和加热的钻头，由于塑性功和摩擦可以被集成在一个单一的模型中，以此来预测力和钻的温度的函数和工件的进给和速度。

本文对有限元钻井模型的发展进行了说明。该模型建立在作为一个系列斜钻尖几何形状部分的基础上。斜角切削的一个分析模型是描述用于分析钻的切削刃区域的一个单节。然后将这些部分组合起来以确定结果的推力和扭矩。同时对用于预测钻头温度的扩展模型进行了讨论。

2、单刃斜角切削模型

沿着钻头切削刃的切削作用可以认为是发生在一系列的倾斜部分，在这一部分端面和倾斜角沿着唇沿径向变化[7,8]。本文中，分析有限元法应用于预测芯片气流角和每个三维部分的切削力。这一技术基于最小能量法，它是由于斯等人.[33]和哈瑞他[34]为了确定芯片流角度而开发的。等人开发的欧拉模型和这个最小能量法都能应用于正交切削力数据。

首先考虑有一切削刃工具这一最简单情况，如图1所示。主切削刃的倾斜

t，切削宽度为b。潜在的假设是，一个芯片是由剪切平面角为i，切削深度为

1

CJFD的主切削刃的CD作用力作用的。立体的裁剪，可以理解为平面应变正交切削的集合。IHERQGC就是一个典型的平面，如图1的交叉阴影线部分。此平面由

V确定。此平面上切屑的形成，可视为与一个相切割速度V和芯片的流速向量

c

应正交切削的剪切角的平面应变变形，平均摩擦角，和加工材料的剪切强度有关。任何平行于平面IHERQGC的其他平面将具有相同的有效剪切面角度/ e和有效倾角，但具有不同的切割深度。因此，三维切削解释为一系列正交切片，每一个具有相同的有效剪切平面的角度和沿主切削刃的有效倾角。因此，三维切削可以解释为切削一系列具有相同的有效剪切平面角度和沿主切削刃有效倾角正交切片。我们要测

图1 斜角切削模型

量的形成于平面上的有效倾角e α是由芯片的流速c V 和切割速度V 形成的平面中，它被定义为芯片的流动方向和法线切割速度之间的角度，如图1所示。该角度由芯片流角(c

g )，倾斜角度（ⅰ），和分离多径角(an)确定，计算公式如

下：

1sin -=α

e

(αsin n

η

cos cos i c

+

sin )

sin c

i η (1)

该芯片流角度c

g 可以使用最小能量方法[29,33]确定。总切削能源率由剪切面的剪切能率(Us)和工具面的摩擦能率(f U )组成。剪切能率可以下面这个公式表示：

S

s

s

U V A

τ= (2)

S

τ

是剪切面的剪切应力，Vs 是剪切平面的剪切速度。剪切面CJFD 的面积

为A ，等于向量（CE ）和(CD)的交叉乘积，如图1所示。原点为c 点的正交坐标系如图所示，定义线CI 为x-轴，其平行于切割速度向量V 。y 轴在由速度V 和