薄壁板材加工變形控制工藝研究

付　明　吳西彪　姚雪兆（中國核動力研究設(shè)計(jì)院，四川　成都　610213）

薄壁板材加工變形控制工藝研究

付明吳西彪姚雪兆
（中國核動力研究設(shè)計(jì)院，四川成都610213）

摘要：在薄壁板材的加工變形中，其變形情況通常具有明顯的難控制性，因此對薄壁板材加工變形控制工藝進(jìn)行合理的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要通過對薄壁板材加工變形控制工藝進(jìn)行有效的分析，并對薄壁板材變形的有限元分析進(jìn)行充分的總結(jié)，從而進(jìn)一步對不同精加工余量對薄壁板材變形的影響進(jìn)行有效的探討。

關(guān)鍵詞：薄壁板材；加工變形控制；工藝研究

薄壁板材的各個(gè)結(jié)構(gòu)零件通常都具有明顯的剛性差特征，并且受到各種因素的影響作用，就導(dǎo)致其特別容易出現(xiàn)加工變形現(xiàn)象，使得板材的加工精度不能得到有效的控制。而在引發(fā)薄壁板材加工變形的各項(xiàng)因素中，切削力是其中的一種重要因素。由于薄壁板材所使用的加工變形模式，通常會和實(shí)際的工件材料與相應(yīng)的板材的結(jié)構(gòu)尺寸之間存在著密切的關(guān)聯(lián)，因此，刀具在拐角處的運(yùn)動軌跡所產(chǎn)生的變形越大，就會導(dǎo)致其在切出點(diǎn)出的變形越小，同時(shí)，在薄壁板材的初始切削位置的剛性較高，使得其變形情況也較小，而隨著切削工作的進(jìn)一步開展，致使薄壁所站的面積越來越大，就會導(dǎo)致其變形也逐漸增加。

一、薄壁板材銑削加工工藝分析

（一）薄壁板材銑削力

圖1為薄壁板材銑削過程的分析示意圖。在本文中，為了更加方便的供大家觀察分析，我們把總的切削面積來進(jìn)行有效劃分，來降氣變成許多個(gè)微單元組成，并結(jié)合相應(yīng)的計(jì)算，來對每個(gè)單元的受力情況進(jìn)行充分的分析，從而進(jìn)一步得出薄壁板材銑削力的具體空間分布狀態(tài)。最后將多有的單元力相加，就能夠得出總的薄壁板材銑削力。

（二）薄壁板材加工關(guān)鍵點(diǎn)的選取

進(jìn)行直邊的切削且ae

圖2　直邊時(shí)切削力計(jì)算示意圖

二、薄壁板材變形的有限元分析

（一）薄壁板材變形的有限元模型分析

進(jìn)行薄壁板材加工時(shí)，通常可以運(yùn)用多種加工方法，其中最主要的是采用由內(nèi)向外的環(huán)切法，使得刀具在框體的中部下刀，再不斷的向外旋轉(zhuǎn)，如圖3所示。圖3中部分帶有箭頭的實(shí)線，通常指的是刀具的外輪廓線所得的實(shí)際運(yùn)動軌跡，我們一般將此來作為有限元模型的重要建模依據(jù)，并進(jìn)一步結(jié)合關(guān)鍵點(diǎn)的有效選取原則，來對模型中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行更加合理的設(shè)置工作，此外，各條直線的交叉點(diǎn)就是有限元模型的建模關(guān)鍵點(diǎn)，要求其能夠充分的采用由下往上的方法，來對各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行更加充分而又明確的設(shè)定，促使其生成更加合理的關(guān)鍵點(diǎn)，最后再由點(diǎn)生成線，并進(jìn)一步由線生成面。同時(shí)，在整個(gè)模型的實(shí)際建立過程中，為了能夠更好的促使關(guān)鍵點(diǎn)的位置體現(xiàn)出變性的最大值，就要求我們必須將切削用量與坐標(biāo)位置有效的聯(lián)系起來。其中，圖3變?yōu)楸”诎宀淖冃蔚挠邢拊Ｐ褪疽鈭D。

（二）薄壁板材變形的有限元變形規(guī)律

圖1　薄壁板材銑削過程分析示意圖

1關(guān)鍵點(diǎn)的變化規(guī)律：當(dāng)關(guān)鍵點(diǎn)所在的位置經(jīng)過拐角處時(shí)，與相鄰的關(guān)鍵點(diǎn)比較而言，由于其受力情況比較大，就會促使該部位的變形情況也比較大。而當(dāng)關(guān)鍵點(diǎn)所處的位置位于刀具的切出點(diǎn)時(shí)，由于其受力作用比較小，就促使其發(fā)生的變形程度也比較小。當(dāng)關(guān)鍵位置位于刀具運(yùn)動的中心軌跡上時(shí)，就會導(dǎo)致其受力較大，從而使得其變形情況也較為嚴(yán)重。

2切削變化規(guī)律：由于在切削活動的初步進(jìn)行時(shí)，其薄壁板材中心的剛性條件比較好，與同一直線上的其他點(diǎn)相比而言，中心處各個(gè)點(diǎn)的變形情況比較小，而隨著刀具不斷地向外呈環(huán)形狀切削，我們就會明顯的發(fā)現(xiàn)，這種變化規(guī)律開始逐漸消失了。而另一方面，伴隨著薄壁板材在模型中所占比例的不斷增加，各個(gè)板材中間部位的剛性也開始不斷地減弱，從而使得其所發(fā)生的變形情況也越來越強(qiáng)。這就會進(jìn)一步導(dǎo)致距離約束比較近的兩端部位的變形程度比較小，從而使得在整個(gè)直線中，各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間的變形規(guī)律呈現(xiàn)出一種拋物線的形狀。

三、薄壁板材變形受精加工余量的影響作用

一般來說，薄壁板材加工變形情況，往往會隨著精加工余量的變化而發(fā)生一定的變化，當(dāng)精加工余量的小于2mm的時(shí)候，薄壁板材的變形情況，就會一直隨著精加工余量的增加而不斷增加，同時(shí)，一旦精加工余量大于2mm，薄壁板材的變形情況就會隨著精加工余量的增多而減少。究其原因主要是雖然精加工余量增加時(shí)其切削力也會增加，導(dǎo)致板材的變形情況也產(chǎn)生一定的增高趨勢，然而由于精加工量的增加會使得板材的厚度也隨著增加，使得板材的剛性能夠得到一定程度上的提高，從而使得板材剛性的增加程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過了切削力增加的程度，這就會導(dǎo)致變形的不斷減小。所以說，精加工余量越大，其板材的變形情況就越小，因此，為了能夠更好的提高加工效率并減小薄壁板材的變形情況，就要求我們在進(jìn)行最后一刀的精加工時(shí)，采用較大的ap進(jìn)行薄壁板材的銑削加工工作。

圖3　薄壁板材變形的有限元模型示意圖

結(jié)語

刀具路徑優(yōu)化法和大切深法是薄壁板材加工變形控制工藝中最主要的兩種控制方法。一般來說，和各種常規(guī)的加工變形控制工藝不同，薄壁板材加工變形控制工藝中的刀具路徑優(yōu)化法與大切深法，都能夠與薄壁板材的剛性特征進(jìn)行充分的聯(lián)系與結(jié)合，來進(jìn)一步降低板材加工的變形情況。因此，在實(shí)際的加工控制過程中，我們不僅可以把這兩種薄壁板材加工變形的加工控制工藝進(jìn)行單獨(dú)使用，也可以實(shí)現(xiàn)兩只之間的有效結(jié)合，促使其能夠更好的應(yīng)用到具體的實(shí)踐生產(chǎn)活動中。

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中圖分類號：TH161

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A