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薄壁件切削变形仿真与实验研究

张茹  
【摘要】:薄壁件属于薄壳类工件,是指其厚度方向尺寸远远小于其另外两个方向的尺寸大小,因其强度较高、质量较轻、结构紧凑、整体性能较好、节约材料、外形美观等特点,所以一般在现代航空、航天和国防工业中得到了广泛应用,如飞机中的精密模锻框架、整体梁结构、整体肋板等。但其刚度小、极易发生变形、因加工参数选择不合理、加工位置等的变化,将会严重影响薄壁件的加工精度和生产效率,严重的还会出现报废。因此,为减少加工中产生的变形、提高零件的表面质量和加工精度、节约工时,有必要对薄壁件的切削加工变形进行深入研究。本文依据有限元模拟技术、数控铣削技术和高速切削理论,研究了薄壁件铣削变形规律和控制措施。具体研究工作如下:1)依据功的互等定理,建立了所加工零件变形的数学模型。依据金属切削基本原理,对切削过程进行简化,在功的互等定理基础上,建立了两边固定两边自由加工零件受力变形的数学模型。2)应用仿真软件(ansys14.0)研究了不同加工位置、加工参数、刀具参数和切削力大小对薄壁件铣削加工变形的影响程度。利用有限元软件,分别研究径向切深、每齿进给量、轴向切深以及主轴转速对工件变形的影响,以及在不同刀具参数、切削力、切削位置作用下,薄壁件的最大变形情况,为实际切削时,切削参数、刀具参数和切削位置的选择提供了较好的依据。3)进行了数控实验验证。通过切削实验,对所获得的薄壁件加工变形的有限元模型和切削位置、切削参数、刀具参数及切削力变化对加工变形的影响予以实验验证。通过数控铣削实验验证,得到的数控实验结果和仿真结果吻合度较高,从而验证了所建立的数学模型和有限元仿真结果。本课题研究了薄壁件加工变形的机理,为薄壁件加工的仿真技术和数控加工提供了数据支持,并且,建立了有限元仿真和数控实验验证,获得薄壁件变形规律,得到了对实际生产有价值的指导,为实际切削效率的提高和进一步探索如何较少加工零件的变形位移提供了理论支持和实际生产指导。


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