基于ANSYS的高速切削外圆车刀强度分析

黄晓华

（苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215008）

外圆车刀作为金属切削加工中应用最为广泛的一种刀具，在中低速切削加工条件下，相关的文献资料所推荐的切削参数大部分都是经长久性实践证明的结果，被众多加工行业所借鉴。随市场竞争的日益激烈，目前，高速切削加工技术已经成为提高生产率和加工品质、降低成本的主要途径，但由此带来的刀具寿命问题一直备受关注。因此，利用有限元数值分析软件研究外圆车刀的高速切削加工机理，特别是对高速切削刀具强度进行理论分析，从而了解车刀内部应力分布情况，对合理选择刀具结构，改善刀具受力情况，延长刀具寿命具有实际工程意义。

1 高速切削试验条件及切削力的计算

在比常规切削速度高出很多的速度下，进行的切削加工称为高速切削。目前，各国对高速切削的速度范围并没有统一的定义，通常把高出常规切削速度5～10倍的切削速度称为高速切削。因此本文选用GSK980TDb型数控车床，确定高速切削试验切削参数为：主轴转速Vc=500 m/min，进给量f=0.5 mm/r，背吃刀量ap=3 mm，选用的车刀刀杆是几何尺寸为B×H=16×25，L=200的45钢，刀片材料为涂层硬质合金YT15，查文献[2]得刀具材料的强度极限σb=6 00 MPa，屈服极限σs=355 Mpa，弹性模量E=206 GPa，泊松比μ=0.27，车刀主要角度：主偏角Kγ=7°，副偏角 Kγ'=10°，前角 γ0=5°，后角 α0= α0'=8°，刃倾角 λs=-5°，被加工材料为 σb=637 MPa的碳素结构钢。

硬质合金车刀车削外圆过程中产生的切削合力Fr可以分解为三个分力，即主切削力FC、进给抗力Ff和切深抗力Fp。查文献[3]得切削力的经验计算公式为：