CAE仿真帮助刀具设计实现飞跃

文章来源:通力有限公司 发布时间:2010-11-24
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先进的CAE仿真手段可以帮助用户将效率最大化,让设计者把设计理念加上自己的经验和手段,设计出多把符合要求的“最佳”刀具。

现在,国内大多数刀具企业在其刀具设计上,还停留在所谓“产品研发”阶段,即利用一些CAD的手段对刀具的外形进行建模,然后依照习惯经验,预先制造出一批不同几何参数的刀具来做加工试验,从中筛选出一把或几把可用刀具再进行规模生产。一旦遇到需要对刀具上多个几何尺寸的不同定义要求,尤其是“交互尺寸组合”时,往往只能取其中几个、自认为是合适的组合生产出样刀来做实验,毕竟实验试切的费用昂贵。

而国外的著名刀具厂商,利用先进的CAE手段和大功率计算机的吞吐量,以及先进的仿真分析算法,可对刀具的多个参数进行综合和交叉的分析,帮助设计者了解,各个参数变化趋势,以及帮助确定在这些参数综合影响下的最优化的极小范围,然后从此范围内,选取少数几把刀具制造出来做试切即可,这样在某种程度上大大节约了盲目的试切成本,同时,国外利用以上这些CAE软件和仿真算法,“事先”设计出一批“符合最优化趋势”的刀具“模型”,一旦需要,它就可以马上投放市场,促使这些厂商始终能够保持良好的竞争力。

当刀具厂商提供给用户一把刀时,不但要列出此刀具的尺寸参数,而且要告诉客户,在哪种切削条件下,这把刀才能发挥其最佳功效。那么,哪里有这样的CAE软件,能够帮助刀具企业将“产品研发”上升到“技术研发”呢?美国Third Wave System公司专为刀具行业技术研发而开发的AdvantEdge FEM软件应该是一个不错的解决方案。

AdvantEdge FEM软件的基本功能包括对刀体的几何定义、对加工参数的定义、能够进行全自动适应式有限元网格划分,分析内容大致包括:对热力耦合时间积分、对工件和刀具的热传导和惯性效应分析、残余应力计算、静态分析、碎屑断裂分析及刀具磨损分析等。

另外,在宏观和微观的物理仿真分析中,软件能够根据金属切削过程中产生的温升、受力和功率变化,模拟出切屑的形成、断裂、流向以及温度等,并且可以计算或显示出残余应力以及刀具磨损情况。除了定义工件初始应力作为条件以外,刀具振动、刀具表面涂层及冷却液方式也可以作为参数参与分析。同时,软件还提供了上百种工件和刀具的材料数据库,以方便客户选择。

这些功能可以帮助刀具设计者以一个全新的方式来设计和优化一把刀具,包括几何参数的优化:前角、后角和螺旋角等;材料的选择:硬质合金、高速钢及金刚石等;刀具刃口优化:倒棱、钝圆等;刀具寿命预测;刀具涂层及其几何尺寸对碎屑的影响等。同时,可以预测刀具温度、刀具磨损、工件变形与应力分析,预测并平衡切削力、控制切屑载荷以及优化切削参数等,以解决刀具“技术研发”中的种种问题。

如你拿到一款进口的优良刀具,你可以用测量的方法了解其几何外观尺寸,如果再了解到其材料组成,就很容易制造出“相同的”刀具。但是对于这把刀具的“刃口倒棱、钝圆”等微细尺寸,你是很难用普通的方法“仿造”出来,而往往这些尺寸对一把好的刀具是至关重要的。只有通过使用这个软件,对这些尺寸进行定义和分析,才能得到其最佳值。

CAE应该被理解成是一种分析手段,它提供的是一种正确的趋势或方向。它的作用是让设计者把设计理念、实践经验及设计手段结合起来,由此设计出多把符合要求的“最佳”刀具。

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