[发明专利]一种汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法

权利要求书

1.一种汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，其特征在于，所述的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。

2.如权利要求1所述的汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，其特征在于，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。

3.如权利要求1所述的汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，其特征在于，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。

4.如权利要求1所述的汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，其特征在于，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。

5.如权利要求1所述的汽车发动机气缸体用高速钻头的优化方法，其特征在于，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。