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切削速度、進(jìn)給速度、切屑排放及刀具負(fù)荷，這些問(wèn)題存在于所有的切削加工過(guò)程之中，它是因加工過(guò)程中材料的復(fù)雜力學(xué)運(yùn)動(dòng)和負(fù)荷以及變形而產(chǎn)生的。很高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷可以實(shí)現(xiàn)材料的切削，但是也會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生影響并導(dǎo)致刀具磨損。模擬方法是理解復(fù)雜流程并實(shí)現(xiàn)鋸切工藝優(yōu)化的一種手段。

鋸切流程可以通過(guò)對(duì)切削速度和進(jìn)給速度的匹配而得到改善。對(duì)此，鋸齒外形(齒形、切削和開(kāi)槽角度、切削邊緣曲率半徑和切屑腔)及齒數(shù)等系數(shù)均可有助于刀具的設(shè)計(jì)。總的來(lái)說(shuō)，通用型刀具的技術(shù)方案往往不太具有經(jīng)濟(jì)性，因此某些特定的刀具技術(shù)方案會(huì)更有利于鋁合金的加工，而不太有利于鋼材、聚合材料和復(fù)合材料的加工。此外，所切削的材料和刀具材料的特性(導(dǎo)熱性、韌性、硬度和熱容量等)也發(fā)揮著重要作用。

鋸切工藝和模擬

鋸切可定義為采用多刃刀具對(duì)材料進(jìn)行的切削。鋸刀所擁有的特定幾何外形如刀刃的數(shù)量明顯要高于其他切削系統(tǒng)，因此可提高生產(chǎn)率。鋸切則是通過(guò)圓形或直線形運(yùn)動(dòng)，對(duì)板材進(jìn)行切削、對(duì)棒材和型材進(jìn)行截短、對(duì)板材的破損處進(jìn)行修剪或進(jìn)行開(kāi)槽。所鋸切的材料決定了齒形和切削空間：對(duì)軟質(zhì)材料需要用到更高的齒和更密的齒分布，而硬質(zhì)材料則采用較短的齒形、較少的齒腔和較多的齒數(shù)。在這兩者之間則會(huì)有很多不同的材料和設(shè)計(jì)方案。為了避免鋸片因摩擦過(guò)熱而導(dǎo)致冷焊和鋸片卡殼的危險(xiǎn)，主切削區(qū)域被設(shè)計(jì)成比鋸條還大。在校正的時(shí)候，鋸齒被交替地或成對(duì)地向左和向右均勻地掰開(kāi)。

盡管圓鋸是一種高效的加工方式并可達(dá)到較長(zhǎng)的使用壽命，但是迄今為止尚未被模擬過(guò)。從較高的切削速度和進(jìn)給速度上看，可以對(duì)圓鋸進(jìn)行FE模擬。各種工藝參數(shù)和切削幾何外形的影響可以得到快速的識(shí)別。其結(jié)果可以對(duì)切屑生成、加工溫度和切削力等方面的狀況作出預(yù)測(cè)，并可以用繪制曲線圖的方式表現(xiàn)出來(lái)。由此可以定義出各種加工特征并挖掘出優(yōu)化的潛力。

圖1 對(duì)諸如切削力、切削溫度和切削應(yīng)力等工藝參數(shù)可以通過(guò)FE模擬實(shí)現(xiàn)同步分析

圓鋸是模擬工作中的新領(lǐng)域

很多切削工藝已經(jīng)得到了成功的模擬。現(xiàn)有的材料模型可以提供加工溫度、加工力和切屑生成方面的良好結(jié)果。因此，每個(gè)參數(shù)組合的效果都可以被很好的計(jì)算，由此可以對(duì)各種不同的刀具方案和參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。通過(guò)切削模擬，可以對(duì)切削流程進(jìn)行了解，并對(duì)多個(gè)變量進(jìn)行同步分析。通過(guò)這種方式，可以獲得有價(jià)值的數(shù)據(jù)。對(duì)各個(gè)變量影響的深入了解，有助于對(duì)新的刀具技術(shù)方案進(jìn)行系統(tǒng)性研發(fā)。由此可以省去試驗(yàn)所需的資金和材料，研發(fā)工作所需的時(shí)間也可得到明顯縮短，這是因?yàn)榕c耗時(shí)數(shù)周的迭代方法相反，模擬方法可以在數(shù)小時(shí)之內(nèi)給出鋼材開(kāi)發(fā)的結(jié)果。此外，由于研發(fā)工作無(wú)需依靠生產(chǎn)資源，因此研發(fā)的工作效率也可以得到提高。

為了對(duì)切削工藝進(jìn)行高精模擬，需要用到刀具的幾何外形數(shù)據(jù)。此類(lèi)數(shù)據(jù)可以在CAD環(huán)境中以step、igs或stl格式生成，然后被構(gòu)建成為模擬模型并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。一旦現(xiàn)實(shí)條件得到滿(mǎn)足，便可對(duì)加工流程進(jìn)行模擬。最后便是切削外形和切削材料特征值等工藝參數(shù)方面的系統(tǒng)性變動(dòng)。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行處理和詳細(xì)探討，由此便可更好地把握后續(xù)新刀具研發(fā)的各個(gè)步驟。