基于有限元的薄壁件切削加工變形影響的研究.pdf

1、由于對產(chǎn)品功能、質(zhì)量等性能的特殊要求，薄壁件在航空以及造船等行業(yè)廣泛存在，其結(jié)構(gòu)主要由側(cè)壁或腹板組成，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜。這樣的零部件的輪廓尺寸相比截面尺寸要大很多，有的還對平面度和變形精度要求較高，因此加工起來剛度穩(wěn)定性較低，往往需要采用特殊的加工工藝及誤差控制方法，導(dǎo)致加工效率較低且制造成本較高。采用計算機輔助工程（ Computer Aided Engineering, CAE）可有效緩解這一問題。
　　本文首先簡單介紹了切削加工

2、仿真需要的關(guān)鍵有限元法（ Finite Element Method, FEM）技術(shù)和切削加工特點，分析和闡述了國內(nèi)外解決復(fù)雜非線性熱-力仿真分析問題常采用的Johnson-Cook材料塑性模型、Johnson-Cook材料失效模型、ABAQUS/Explicit仿真環(huán)境中的損傷演化模型，以及切削中刀具和工件材料的接觸特點、仿真軟件對于接觸特性的計算特點和相應(yīng)的摩擦模型建立。
　　其次，分別采用以上涉及到的相關(guān)方法和技術(shù)對簡化二維

3、正交切削和三維斜角切削模型作了相應(yīng)的仿真分析，模擬了不同形貌切屑的成形過程以及加工中生熱和應(yīng)力-應(yīng)變問題，分析了不同切削厚度、不同切削速度、不同刀具角度對切削力和切削溫度的影響。驗證了該仿真方法的可行性。
　　然后，運用上述方法對薄壁板的三維切削加工模型進行了仿真模擬。本文全部模型都是基于各項同性材料，仿真過程中不考慮刀具的磨損和變形以及切削液的影響。由于薄壁零部件剛性差，在加工過程中很容易產(chǎn)生“讓刀”變形現(xiàn)象，所以分別針對“僅底

4、端約束”、“底部和兩端面約束”這兩種約束狀態(tài)的薄壁板的切削加工模型進行了仿真模擬，分析了其加工過程中的加工誤差以及相應(yīng)的切削熱大小、應(yīng)力分布情況等。經(jīng)仿真分析，與后一個模型相比，僅底端約束的模型的薄壁板更容易產(chǎn)生切削變形，加工誤差更大，其加工變形誤差從板的上端往下逐漸減小，并且由于加工過程中薄板上端的撓曲變形和兩端撓曲變形的綜合作用，最終在薄壁板底端正中間產(chǎn)生一個“凹坑”狀區(qū)域；底部和兩端均約束的模型在薄壁板的正中間才產(chǎn)生最大加工變形誤