薄板件切削回彈變形機理及裝夾優(yōu)化方法研究.pdf

1、大型復雜結構的薄板、薄壁結構件在加工過程中，由于受到裝夾力、切削力、切削熱以及力熱耦合作用，發(fā)生變形；且加工過程中產(chǎn)生的殘余應力會引起殘余應力變形。這兩種變形都會導致加工精度降低。本文針對薄板件加工過程產(chǎn)生的殘余應力和變形控制問題，綜合考慮切削過程、裝夾布局及夾緊力等影響因素，以鋁合金6061為實例，利用切削實驗與模擬仿真方法研究薄板件切削回彈變形機理及變形控制方法，從而為薄板件的加工變形控制提供理論依據(jù)。
　　 實驗研究了鋁合

2、金6061表面切削應力的狀態(tài)，得出了表面切削應力屬于二維平面應力；應用響應面原理建立了銑削參數(shù)與表面切削應力之間的關系模型；綜合考慮表面切削應力與表面粗糙度，對銑削參數(shù)進行了優(yōu)化，并分別對面支撐和點支撐裝夾方式下的薄板件進行了表層銑削實驗。測試和分析結果表明，面支撐裝夾方式的薄板件表層銑削完成后，去除裝夾時的回彈量是影響加工精度的主要因素；點支撐裝夾方式的薄板件表層銑削完成后，夾緊力施加位置沿薄板件板長方向相對支撐點位置變化時，對變形及

3、殘余應力都有重要影響。
　　 應用ABAQUS有限元軟件，建立了薄板件表層切削過程及去除裝夾后回彈過程的二維仿真模型。分析了不同裝夾方式的薄板件去除裝夾前后，薄板件變形、回彈變形和內部應力分布情況。結果表明，面支撐裝夾方式的薄板件表層切削完成后，去除裝夾時存在較大的回彈變形量；此時薄板件的主要變形為回彈變形；內部應力主要是切削力、切削熱耦合作用產(chǎn)生的切削應力，沿薄板件板厚方向的進給方向的應力分布值遠大于垂直進給方向的應力值和剪應

4、力值，因此后續(xù)研究僅考慮進給方向的切削應力。針對點支撐與夾緊點正對裝夾的薄板件進來了仿真計算。結果表明，支撐點位置對薄板件切削后的變形、回彈變形、內部應力分布及大小都有重要影響。而薄板件的變形和殘余應力分布及大小之間沒有直接的關系。
　　 研究了薄板件沿板厚方向的切削回彈變形分析方法。應用微觀位錯原理對點支撐裝夾方式的薄板件在表層切削過程中的變形區(qū)進行了劃分。構建了基于微觀位錯的回彈變形分析方法。對面支撐裝夾方式的薄板件，應用宏

5、觀彈塑性變形原理進行推導。分析表明內部應力重新分布是薄板件回彈變形的主要原因。
　　 建立了切削參數(shù)與軸向切深方向的切削應力之間的關系模型。研究結果表明，切削應力在表面主要表現(xiàn)為拉應力，沿板厚方向接近表面處迅速轉化為最大壓應力，之后慢慢減小到零。應力主要集中于表層0-0.3mm內。采用逐層銑削方法，測量了薄板件沿板厚方向的切削應力值，結果與預測結果一致。應用該模型建立了切削應力與切削應力引起的薄板件變形撓度之間的關系。
　

6、　 針對支撐點位置與夾緊力施加位置正對裝夾的薄板件，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡建立了預測模型，映射薄板件板長方向的內部殘余應力均值、板厚方向的變形量均值與板長、板厚、夾緊力、支撐點位置和板長比之間的關系。針對薄板件的支撐點位置，設計了基于遺傳算法的變形均值最小和殘余應力均值最小的多目標優(yōu)化方法。通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型計算適應度值，采用適應度懲罰措施，在非支配前沿等級劃分和小生境計算的基礎上應用二元聯(lián)賽選擇機制，對種群進行優(yōu)劣排序，得出優(yōu)化結果