航空薄壁件精密銑削加工變形的預(yù)測理論及方法研究.pdf

1、為了實現(xiàn)減重和提高比強度的目的，航空工業(yè)中廣泛采用了航空鋁合金等材料制成的薄壁零件。從切削加工的角度看，航空薄壁零件壁厚薄、相對剛度低、外形協(xié)調(diào)要求高、加工工藝性差。在精密切削加工過程中，切削力作用下薄壁工件的局部彈性變形、殘余應(yīng)力不均勻分布引起的整體加工變形以及加工系統(tǒng)的振動現(xiàn)象是影響薄壁件加工質(zhì)量和精度的三個突出問題。本文采用理論分析、力學(xué)建模、有限元模擬和實驗驗證等手段，對航空薄壁件精密銑削加工變形的預(yù)測理論和方法進(jìn)行了深入、系統(tǒng)

2、的研究。主要研究工作包括以下幾方面： 針對鋁合金材料7050-T7451的高速銑削加工，基于大變形理論和虛功原理，建立了切削加工過程的三維熱-彈塑性有限元模型。分析、研究了有限元網(wǎng)格模型、材料本構(gòu)關(guān)系、刀-屑間摩擦模型、切屑分離標(biāo)準(zhǔn)以及熱傳導(dǎo)控制方程等涉及切削加工模擬的關(guān)鍵技術(shù)。利用該模型對鋁合金材料的高速切削加工過程進(jìn)行了有限元模擬，分析了高速切削加工過程中切屑的形成過程及其形貌，三維銑削力的變化情況，以及應(yīng)力、應(yīng)變、切削溫

3、度及已加工表面殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。 針對航空鋁合金材料7050-T7451的周銑加工過程，進(jìn)行了銑削力理論建模研究，在不同切削情況下分別采用“剛性法”和“柔性法”對各自情況下的銑削力進(jìn)行了預(yù)測分析，并進(jìn)行了銑削力實驗及模型驗證。隨后，對銑削溫度進(jìn)行了預(yù)測分析及實驗研究。搭建了適合測量銑削溫度的實驗系統(tǒng)，并通過正交實驗及回歸分析獲得了銑削溫度的經(jīng)驗公式模型。 對薄壁件銑削加工過程中的振動及其穩(wěn)定性進(jìn)行了研究?；诒”诩?/p>

4、銑削加工動力學(xué)模型，利用有限元模態(tài)分析方法識別薄壁件動態(tài)特性參數(shù)，建立加工穩(wěn)定性極限判定準(zhǔn)則，并繪制了以機床主軸轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，臨界切削深度為縱坐標(biāo)的穩(wěn)定極限圖，以指導(dǎo)選取主軸轉(zhuǎn)速和切削深度等工藝參數(shù)，提高加工質(zhì)量和加工效率。 最后對薄壁件銑削加工整體變形及局部加工變形進(jìn)行了研究。在研究了薄壁件銑削加工有限元模擬所涉及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了適合分析薄壁件整體加工變形的有限元模型及分析流程，并重點分析了加工過程中的應(yīng)力場和溫