航空薄壁零件的铣削加工变形控制分析
控制薄壁零件变形的工艺措施

G 向
摩擦等综合 作用 , 使零 件表层 内部产 生新 的加工残余应 力。 残
余 应 力 是 一 个 不 稳 定 的应 力 状 态 , 零 件 受 到 外 力 作 用 时 , 当 外
力与残余应 力相互作 用 , 其某些 局部呈现塑性 变形 , 使 截面 内
!——
G向
服被加工材 料的弹性 变形 、塑性 变形 以及 刀具与切 屑和工件
之间 的摩擦 , 会产 生切削力 和切削热 , 在切 削力 和切 削热 的作 用下, 容易产生振动和变形 , 响工件加工质量 。 影
( )圆支管零件 图 a
( )圆支管工序 图 b
图 1 设 计工艺加 强筋 , 提高刚性
另外 , 机床、 工装 的刚度 , 切削刀具及其角度 、 削参数 和零 切
件冷却散热情况等对零件的变形也有一定的影 响。 所有因素 中 ,
24 对 称 分 层 铣 削 。 应 力 均 匀 释 放 . 让
毛坯初始 残余应力 对称释放 ,可 以有 效减小零件 的加 工
切削力 、 夹紧力 以及残余应力 , 产生加工变形 的主要因素 。 是
随着零件壁厚 的减小 , 其刚性降低 , 加工变形增 大。因此 , 在切 削过程 中 , 可能地利 用零件 的未 加工部分 , 为正在切 尽 作 削部分 的支 撑 , 切削过程 处在刚性较 佳 的状态 。如 : 内有 使 腔 腹板 的腔体类 零件 , 加工 时 , 刀从毛坯 中间位置 以螺 旋线方 铣
有较好的效 果。 关键词 : 薄壁 零 件 ; 变形 ; 工 精 度 加 中图 分 类 号 : H1 1 T 6 文献标识码 : B 文 章 编 号 : 6 2 5 5 ( 0 0)6 0 1 - 2 17 — 4 X 2 1 0 — 19 0
航空零件典型结构加工工艺-薄壁加工

所以钛合金切削要点为低线速度,薄切削层厚度
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3 钛合金薄壁
钛合金薄壁
钛合金薄壁特征加工特点: 1)壁薄腔深(框梁类零件),切屑排除困难,影响冷却润滑效果 2)刚性差,极易产生切削振动,影响加工效率和表面质量 3)切削中让刀严重,影响加工精度,易产生接刀痕 4)易产生加工变形,其毛坯大都为锻造毛坯,加工中随残余应力的
5刃不等齿距: 减震,高进给
加长刃长:一刀切
偏心铲背:增强 刃口强度
加大芯厚:高刚 性不让刀
加大螺旋角:提 高表面粗糙度
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谢 谢!
第39页
释放极易产生加工变形,影响零件精度
钛合金薄壁特征加工要点: a ) 细分工序减小变形,一般为粗→半精→精,甚至可以多次半精,必
要时每个半精后辅以修基准面 b ) 精光一刀消除接痕和让刀
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3 钛合金薄壁
工艺方案
粗加工:粗加工留余量3mm单边
缘条、筋条加工 –框梁类零件
半精加工:如右图分层加工每个框格,给精加 工留余量约0.5~0.2mm;零件变形大时可以多留 余量多次半精,必要时每个半精后辅以修基准面
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1 薄壁特征
例2— 平尾对接肋和缘条: 特点为独立立筋–这类立筋两头不靠,长度长,高度与壁厚比值大,
因此强度更低,极易发生振动和变形
立筋
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1 薄壁特征
例3— 壁板:壁板外表面结构较为简单,一般为少量下陷、槽、孔、 台阶等;壁板内表面较为复杂,通常有槽、斜面、下陷、台阶、结构 孔等结构
3 钛合金薄壁
刀具
方肩铣刀-MEB190系列 用途:半精侧壁、腹板 特点: • 切削力小-大前角大后角,刃口锋利 • 真90°侧壁-曲线刃设计 • R0.4~R3底角-适应各种底角需求
典型薄壁零件数控铣削加工工艺

典型薄壁零件数控铣削加工工艺薄壁零件是指在加工过程中,其壁厚相对较薄的零件。
这类零件通常在航空航天、汽车、电子等领域中广泛应用,具有重要的技术和经济价值。
数控铣削是一种高效、精度高的加工方法,可以对薄壁零件进行高精度的加工。
本文将介绍几种典型的薄壁零件数控铣削加工工艺。
铣削薄壁盒式零件的工艺主要包括以下几个步骤:1. 铣削外轮廓:通过数控铣床进行铣削,根据零件的设计要求确定切削刀具的路径和参数。
在铣削过程中,要注意避免因过大的切削力导致零件变形或破裂。
2. 镗削孔径:使用合适的刀具进行孔径的加工。
为了保证加工的精度和表面质量,可以采用慢进刀和高转速的方式进行铣削。
3. 铣削倒角和平面:根据零件设计要求,使用合适的刀具进行倒角和平面的加工。
可以根据加工原理和经验,选取合适的刀具和加工参数,确保加工的质量和效率。
三、铣削薄壁工件的工艺注意事项在进行薄壁零件的数控铣削加工时,需要注意以下几个方面:1. 刀具选择和切削参数的确定:根据零件材料和设计要求,选择合适的刀具和切削参数,以保证加工的质量和效率。
对于薄壁零件来说,应选择刚性好、切削力小的刀具,并采用适当的切削速度和进给速度,避免因切削力过大而导致零件变形或破裂。
2. 工件固定方法的选择:对于薄壁零件来说,由于其刚度较小,容易发生变形或破裂。
应选择合适的工件固定方法,确保零件在加工过程中的稳定性和精度。
3. 加工顺序的确定:对于复杂的薄壁零件来说,应根据加工难度和工艺要求,合理确定加工顺序。
通常情况下,应先进行外形轮廓的加工,再进行孔径的加工,最后进行倒角和平面的加工。
薄壁零件的数控铣削加工需要综合考虑材料、刀具、切削参数等因素,选取合适的工艺和方法,以保证加工质量和效率。
通过合理设计和优化工艺,可以实现对薄壁零件的高精度加工。
薄壁零件的加工方法与实例分析

薄壁零件的加工方法与实例分析摘要:在车削时因为薄壁零件的壁厚度还不到孔径的1/15,所以装夹非常的困难,非常容易出现震动和热变形的情况,零件的尺寸、形位精度以及表面的粗糙程度都会受到影响。
讨论了薄壁零件的加工办法,并对实际加工工艺进行了分析。
装夹零件可以使用液性塑料定心夹具来进行,这样可以降低零件变形的概率,从而对薄壁零件的加工精度进行确定,并使薄壁零件满足最初的设计标准和使用要求。
关键词:薄壁零件;加工;分析在现代五金制造行业薄壁零件得到了广泛使用,而防止变形是对薄壁零件进行车削加工过程中的关键,在实际车削过程中导致零件出现变形的主要原因有切削力度、夹紧力度、切削热、定位过程中产生误差以及加工零件弹性出现了变形等等,其中夹紧力度和切削力度是对零件加工精度影响最大的两个因素。
由此可以看出对切削用量进行科学合理的选择、对刀具的几何角度进行科学确定以及减少对零件的切削力度和切削热的重要性,降低零件变形的有效方式就是对夹紧方法以及夹紧力度的大小进行改变。
1通过车削对薄壁零件进行加工1.1加工方法1.1.1提高辅助支承面对薄壁零件进行车削时的刚性以及减小变形可以通过辅助支承面来提升。
1.1.2对夹紧力方向和着力点进行改变夹紧力的方向应该选择在可以降低夹紧力的部位。
例如套类的薄壁零件可以将纵向夹紧力改为横向夹紧力。
而圆盘类的薄壁零件可以将横向夹紧力改为纵向夹紧力。
当薄壁零件纵向和横向的刚性都比较差时,要保持夹紧力和切削力方向一致,这也是将小夹紧力改为大夹紧力的有效方法。
支撑点的正对面和切削力部位周围应该是夹紧力的着力点,可降低发生变形的概率。
1.1.3夹紧力机构可以使均匀夹紧力机构替换局部夹紧力机构,可以选择大面软爪、扇形软爪以及开缝套筒和液性塑料定心夹具来进行,从而降低变形的发生概率。
1.1.4分离粗、精加工当对粗、精加工过程中使用同一种夹具的时候,由于粗加工的余量大,因此需要比较大的切削力度,更需要很大的夹紧力度。
薄壁件铣削加工变形有限元仿真分析

经 验 交 流
T c i a m mUn c t s e hn c ICo iai on
Ⅸ 动 化 技 术 与 应 用 》2 0 自 0 7年 第 2 6卷 第 1 2期
薄 壁 件 铣 削 加 工 变 形 有 限 元 仿 真 分 析
苑 辉 . 隋秀 凛 . 亚 萍 . 文 强 郑 军 强 王 陈
数学公式的基础上 , 利用矩阵简化法 , 建立了基于材料 77 一, 05 I ' 6
的数控铣削力经验模型【。 中 为切 向铣削力 ; 为径 向铣削 其 力; F 为轴向力。
{ . 07 :8d. ・1 、 2・ k F =3 9・w8・ ・15 0 , 0 Z・ 8 9 0 0 6
{ v 7 1 8 ・: .08 枷 ・ 2・ ・ F = . ・ o 兜 d. . , 0 Z k 1 6 9 9 5 z 2 4 0 ・p d. ・ 0 ・10・ lF = . ・w2 0 ・08 15,03z 5 . 8 3 8 9 4 5 o
收 稿 日期 : 0 —0 — 2 0 07 8 3
强大 的 ME ( S 机械事件仿真 )可以动态的模拟薄壁在不 同时刻 受到铣削力作用下的变 形情 况和应力分布 。所以本文基于 AL — GR 0 软件进行分析 , 根据要仿真的条件 , 建立了铣削加工变形有 限 元分析流程 , 图 l 如 所示 :
Ab t a t Th n t lm e t s r c : e f ie ee n d l fmi i g ma h n n r o so h n wa l a t se t b ih d b h a g n t lm e t n l ss i mo e l n c i i g e r r fat i — l p r sa ls e y t el r e f iee e n a y i o l i i a s f r o t e ALGOR 0 An e ma h n n ro sc u e y t e c t n o c r r dit d v a t e d n mi a i u a i n wa V2 . d t c i i g e r a s d b h u t g f r ea ep e c e i y a cl d sm l t . h i h o o Ke o ds t i — l p r; n t l me t m a h n n r o s d n m i i l t n y W r : h n wa l a f i e e n ; c i i g e r ; y a c s mu ai t i e o
典型薄壁零件数控铣削加工工艺

典型薄壁零件数控铣削加工工艺【摘要】本文针对典型薄壁零件的数控铣削加工工艺进行了全面分析和总结。
首先介绍了薄壁零件的特点及加工要求,包括对形状精度、表面质量和结构稳定性等方面的要求。
然后详细阐述了数控铣削加工工艺流程,包括铣削顺序、切削参数和进给速度等内容。
接着就刀具选择与加工参数进行了探讨,指导读者在实际加工过程中如何选择合适的工具和设定参数。
随后分析了薄壁零件加工中常见的问题,并提出了解决方案。
对优化薄壁零件数控铣削加工工艺进行了探讨,包括加工效率和质量的提升策略。
结论部分总结了本文的研究成果,并展望了未来发展趋势。
通过本文的阐述,读者可以深入了解薄壁零件加工过程中的关键技术,为相关领域的工程师和研究人员提供了有益参考。
【关键词】薄壁零件、数控铣削、加工工艺、刀具选择、加工参数、常见问题、优化、总结、未来发展趋势、展望。
1. 引言1.1 典型薄壁零件数控铣削加工工艺薄壁零件数控铣削加工工艺是一种用于加工形状复杂、壁薄的零件的精密加工技术。
随着现代制造业的发展,对零件精度和质量的要求越来越高,薄壁零件的加工难度也相应增加。
在传统加工方法下,薄壁零件容易受到变形、扭曲等问题影响,而数控铣削技术的出现为解决这些难题提供了有效途径。
典型薄壁零件数控铣削加工工艺包括薄壁零件特点及加工要求、数控铣削加工工艺流程、刀具选择与加工参数、薄壁零件加工中的常见问题以及优化薄壁零件数控铣削加工工艺。
通过合理选择刀具和加工参数,结合先进的数控技术,可以有效提高薄壁零件的加工精度和质量,同时减少加工过程中产生的浪费和损耗。
本文将重点探讨典型薄壁零件数控铣削加工工艺的特点、加工流程、技术要点以及发展趋势,以期为相关领域的从业者提供参考和借鉴。
通过不断优化工艺,提高加工效率和质量,为推动薄壁零件加工技术的发展作出积极贡献。
2. 正文2.1 薄壁零件特点及加工要求薄壁零件是指在其最小截面的厚度很薄的零件,通常用于航空、汽车、电子等领域。
薄壁零件的机械加工工艺分析

薄壁零件的机械加工工艺分析【摘要】本文针对薄壁零件的机械加工工艺进行了深入的分析。
介绍了薄壁零件的特点,包括轻盈柔软、易变形等问题。
然后,详细讨论了薄壁零件的机械加工方法,包括铣削、钻孔、车削等。
接着,探讨了薄壁零件在加工过程中需要重点控制的工艺参数,以确保加工质量。
接着,总结了薄壁零件加工中常见的问题,如变形、破裂等,并提出了相应的加工改进方法,如优化刀具选择、加工参数调整等。
强调了薄壁零件机械加工工艺的重要性,并展望了未来发展趋势,指出需要加强技术创新和自动化设备的应用。
通过本文的研究,可以为薄壁零件的机械加工提供有益的参考和指导。
【关键词】薄壁零件、机械加工工艺、特点、方法、工艺控制、常见问题、改进方法、重要性、未来发展趋势1. 引言1.1 薄壁零件的机械加工工艺分析薄壁零件的机械加工工艺分析是工程制造领域中一个重要的研究课题。
随着现代工业的发展,越来越多的机械零件变得更为轻薄,因此薄壁零件的加工工艺也变得越来越复杂。
薄壁零件相比普通零件具有更高的技术要求,需要更为精密的加工工艺来保证其质量和性能。
薄壁零件的机械加工方法通常包括车削、铣削、钻削等传统加工工艺,同时还涉及到电火花加工、激光加工等先进加工技术。
针对薄壁零件加工过程中的特点,加工工艺控制尤为关键,需要特别注意切削参数的选择、工件固定方式、刀具选用等方面的问题,以确保加工过程中不会出现变形、裂纹等质量问题。
在薄壁零件的加工过程中,常见的问题包括振动导致的表面质量不良、加工精度不高等,这些问题可能会影响零件的使用性能。
加工改进方法也是非常重要的,可以通过优化加工工艺、调整设备参数等方式来提高零件的加工质量。
薄壁零件的机械加工工艺分析对于确保零件质量、提高生产效率具有重要意义。
未来随着技术的不断进步,薄壁零件的加工工艺也将不断完善,为工程制造领域带来更多的发展机遇。
2. 正文2.1 薄壁零件的特点薄壁零件是指壁厚相对较薄的零件,通常在1mm以下,具有以下几个特点:1. 结构轻巧:薄壁零件由于壁厚较薄,整体重量相对较轻,适用于要求轻量化设计的产品。
基于ANSYS薄壁零件铣削加工变形仿真研究

㊀第2期2019年4月机电元件ELECTROMECHANICALCOMPONENTSVol 39No 2Apr 2019㊀收稿日期:2018-12-14综述与简介基于ANSYS薄壁零件铣削加工变形仿真研究周建华ꎬ刘㊀志(贵州航天电器股份有限公司ꎬ贵州贵阳ꎬ550009)㊀㊀摘要:针对薄壁零件(一边固定ꎬ其他边自由的矩形)铣削加工变形问题ꎬ利用经验公式建立了其静态铣削力预测模型ꎮ同时ꎬ在ANSYSWorkbench14.5软件环境下ꎬ结合实际加工参数ꎬ研究了在给定铣削力作用下ꎬ铣刀切削位置和零件壁厚对加工变形产生的影响ꎬ并得出其加工变形规律及预防措施ꎬ为该类零件的加工提供理论依据和技术支撑ꎮ关键词:薄壁零件ꎻ加工变形ꎻ铣削加工ꎻ有限元分析Doi:10.3969/j.issn.1000-6133.2019.02.016中图分类号:TN784㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1000-6133(2019)02-0060-05ResearchonSimulationofMillingMachiningDeformationofThin-WalledPartsBasedonANSYSZHOUJianhuaꎬLIUZhi(GUIZHOUSPACEAPPLIANCECO.ꎬLTD.ꎬGuizhouGuiyang550009ꎬChina)Abstract:Forthethin-walledparts(onesidefixedandtheothersidefreerectangle)millingdeformationproblemꎬandthestaticmillingforcepredictionmodelhadbeenestablishedbytheempiricalformula.AtthesametimeꎬwhichundertheenvironmentofANSYSWorkbench14.5softwareꎬtheeffectofthemillingcuttercuttingpo ̄sitionandwallthicknessonthemachiningdeformationunderagivenmillingforcewerestudiedbycombiningwithactualmachiningparameters.Andtheprocessingdeformationlawandpreventivemeasureswereobtainedtoprovidethetheoreticalbasisandtechnicalsupportfortheprocessingoftheseparts.Keywords:Thin-WalledPartsꎻMachiningdeformationꎻMillingmachiningꎻFiniteelementanalysis1㊀前言由于薄壁零件具有重量轻㊁强度高㊁造型美观等优点ꎬ被广泛应用于航空航天㊁汽车等各种领域中ꎬ但是由于自身结构特点ꎬ其刚度较低ꎬ加工余量大ꎬ加工工艺性较差ꎬ在切削加工过程中很容易发生变形ꎬ这严重影响着其加工表面质量[1]ꎮ因此ꎬ对其加工变形的原因及变形规律进行研究尤为重要ꎮ为了更直观地㊁更准确地对薄壁零件(一边固定ꎬ其他边自由的矩形)铣削加工变形进行研究和控制ꎬ本文结合了其自身结构特点和实际加工参数ꎬ利用ANSYSWorkbench14.5仿真平台对薄壁零件铣削加工变形规律进行数值仿真研究ꎬ并在此基础上提出了相应的预防措施ꎬ为进一步进行薄壁零件的数控补偿加工和切削参数的优化提供研究基础ꎮ2㊀变形机理分析2.1㊀零件结构分析如图1所示ꎬ该薄壁零件材料为2AL2铝合金ꎬ外形尺寸为104mmˑ50mmˑ2mmꎮ由于在铣削加工过程中ꎬ其厚度方向上的尺寸慢慢接近于2mm时ꎬ导致零件刚度也随之逐渐变低ꎬ待铣削加工结束后ꎬ能较直观地观察到薄壁零件发生明显的弯曲变形ꎬ严重影响其加工表面质量ꎮ图1㊀薄壁零件铣削加工示意图2.2㊀加工变形影响因素分析在薄壁零件铣削加工过程中ꎬ导致其变形加工的因素有很多ꎬ比如:毛坯材料属性㊁零件结构㊁切削参数及刀具参数等ꎬ其中零件受力发生变形是影响其加工变形最为显著的因素ꎮ此外ꎬ零件内部的残余应力及热变形等也是影响其加工变形的重要因素[2]ꎮ针对如图1所示的薄壁零件变形问题ꎬ假设不受其他因素的影响ꎬ本文在此重点对其受到铣削力的作用下的变形问题进行研究ꎮ3㊀铣削力预测模型的建立虽然国内外很多学者对铣削力预测模型做了大量的研究ꎬ试图获得与实际铣削加工过程中铣削力变化一致的数学模型ꎬ但是铣削加工是一个复杂的过程ꎬ无法获得较为准确的数学模型ꎮ在实际工程应用中ꎬ一般用试验获得的经验公式对铣削力进行数学建模ꎬ经验公式用来表达金属切削过程中各种现象与切削因素的关系ꎬ包括刀具㊁工件材料㊁切削参数等因素的影响ꎮ针对如图1所示的薄壁零件进行加工变形研究ꎬ选用顺铣的方式进行加工ꎬ并结合实际加工过程中其余相关参数ꎬ则通过查阅机械加工工艺手册获得其铣削力为(由于在x㊁z方向上的切削力对加工变形产生的影响较小ꎬ可忽略[2])Fy=14ˑ118ˑap1ˑf0.75zˑa0.85eˑZˑd-0.73ˑn-0.1ˑ0.8=62N式中:ap 轴向切深ꎬap=15mmꎻfz 每齿进给量ꎬfz=0.2mm/zꎻae 径向切深ꎬae=1mmꎻZ 刀具齿数ꎬZ=8ꎻd 刀具直径ꎬd=12mmꎻn 主轴转速ꎬn=3000r/minꎮ4㊀有限元仿真分析4.1㊀ANSYSWorkbench的优势ANSYSWorkbench与经典ANSYS相比ꎬ其优势较为明显:支持与ANSYS系统求解器的进行交互ꎬ集成了ANSYS旗下的大部分软件ꎬ可以将不同模块组合ꎬ进行数据交换ꎬ方便工程应用ꎻ与CAD软件能实现无缝连接ꎬ不会出现像经典ANSYS那样造成三维模型数据丢失㊁干涉等问题ꎻ此外ꎬ其操作界面更加人性化ꎬ能让人很快熟悉其操作ꎬ从而提高实际工程问题的仿真效率[3]ꎮ针对以上优势及现有条件ꎬ本文选用ANSYSWorkbench14.5的仿真平台对薄壁零件铣削加工变形进行仿真研究ꎮ4.2㊀总体仿真方案分析在给定铣削力的条件下ꎬ对薄壁零件铣削加工变形的主要因素有:铣刀切削位置(刀具进给方向和刀具轴向方向)㊁壁厚ꎬ本文采用单一变量原则ꎬ分别对上述因素进行仿真研究ꎬ其总体仿真方案如图2所示ꎬ其中结构分析类型采用结构静力分析来对薄壁零件铣削加工变形进行计算ꎻ输入参数为工16㊀第2期周建华等:基于ANSYS薄壁零件铣削加工变形仿真研究件材料属性ꎬ即2AL2铝合金材料的属性ꎬ其弹性模量为280GPaꎬ泊松比为0.33ꎬ屈服强度为326MPaꎬ切变模量为26GPaꎻ网格划分采用默认solid186单元进行分析ꎻ由于铣削力通过沿刀具螺旋线方向均布施加在工件上ꎬ同时切削刃与工件接触长度较短ꎬ因此载荷可近似当作是线性载荷[4]ꎮ图2㊀总体仿真方案4.3㊀铣刀切削位置对加工变形的影响(1)载荷在刀具进给方向变化时的影响在研究该因素的影响时ꎬ假设铣刀在刀具轴向方向始终为z=35~50mmꎬ则施加在工件上的线载荷可通过计算为4133N/mmꎮ而在x方向上分别取x=0mmꎬx=8mmꎬx=16mmꎬx=24mmꎬx=32mmꎬx=40mmꎬx=48mmꎬx=56mmꎬx=64mmꎬx=72mmꎬx=80mmꎬx=88mmꎬx=96mmꎬx=104mm的位置上分析工件的变形情况ꎮ当x=0mm时ꎬ工件的变形及等效应力云图如图3和图4所示ꎬ从图中可看出其最大变形量为0.26mmꎬ最大应力为108.78MPaꎮ分别求出上述位置薄壁零件的最大变形量ꎬ其变形量如表1所示ꎬ利用MATLAB软件绘制出载荷在刀具进给方向移动时的薄壁零件的变形曲线ꎬ如图5所示ꎮ图3㊀x=0时工件的变形图4㊀x=0时工件的等效应力云图表1㊀载荷在刀具进给方向移动时的变形数据㊀㊀㊀位置变形量x=0x=8x=16x=24x=32x=40x=48x=56x=64x=72x=80x=88x=96x=104变形量/mm0.260.220.1860.1530.1360.1280.1240.1280.1280.1360.1530.1860.220.2626机电元件2019年㊀图5㊀载荷在刀具进给方向移动时的薄壁零件的变形曲线㊀㊀由图5中可知ꎬ载荷在刀具进给方向移动时的薄壁零件的变形曲线近似是一个对称轴为x=52mm的抛物线ꎬ在x=0和x=104处变形量值最大ꎬ而在x=52处变形量最小ꎬ这主要是因为受到工件材料自身的约束作用ꎬ在加工薄壁零件两边时很容易发生较大的变形ꎬ而在中间位置时不易发生变形ꎮ(2)载荷在刀具轴线方向变化时的影响在研究该因素的影响时ꎬ假设铣刀在x=16mm的方向上保持不变ꎬ而在z方向分别为取20~30mm㊁25~35mm㊁30~40mm㊁35~45mm㊁40~50mm的位置处来分析工件的变形情况ꎮ同理ꎬ根据载荷在刀具进给方向变化时的影响的分析方法ꎬ逐一对上述位置进行仿真分析ꎬ将得到工件的最大变形量ꎬ如表2所示ꎬ然后利用MATLAB软件绘制出载荷在刀具轴线方向变化时的影响曲线ꎬ如图6所示ꎮ从图6中可看到ꎬ载荷在刀具轴线方向变化时的影响曲线近似是一条直线ꎬ呈递增方式增大ꎬ当加工z=40~50mm处工件变形量最大ꎬ其值为0.15mmꎮ因此ꎬ在加工过程中ꎬ为了避免产生较大变形ꎬ提高加工效率ꎬ可以采用分层加工的方法ꎬ根据加工不同层选用不同的加工参数ꎬ使零件的变形量控制在一定的范围内ꎮ表2㊀载荷在刀具进给方向移动时的变形数据㊀㊀㊀㊀位置变形量z=20z=25z=30z=35z=40变形量/mm0.0580.080.1020.1260.15图6㊀载荷在刀具轴线方向变化时的影响曲线4.4㊀零件壁厚对加工变形的影响假设铣刀在x=16mmꎬz=37~50mm处保持不变ꎬ分别取工件壁厚为1.4mm㊁1.6mm㊁1.8mm㊁2mm㊁2.2mm㊁2.4mm㊁2.6mm来分析壁厚对零件加工变形的情况ꎮ在ANSYSWorkbench14.5中逐一对上述情况进行仿真得到零件变形量ꎬ如表3所示ꎬ然后利用MATLAB软件绘制出壁厚对加工变形的影响曲线ꎬ如图7所示ꎮ图7㊀壁厚对加工变形的影响曲线36㊀第2期周建华等:基于ANSYS薄壁零件铣削加工变形仿真研究表3㊀壁厚变化的变形数据㊀㊀㊀㊀壁厚变形量1.41.61.822.22.42.6变形量/mm0.5390.3620.2540.1860.140.1080.085㊀㊀由图7可知ꎬ在相同载荷下ꎬ薄壁零件的最大变形量与其壁厚近似成反比关系ꎬ随着壁厚值的增大ꎬ零件越不容易产生变形ꎬ这主要是因为随着壁厚值的增加ꎬ零件的刚度值也随着增大ꎬ故越不容易产生变形ꎮ5㊀结论结合实际加工参数ꎬ利用ANSYSWorkbench14.5软件对薄壁零件铣削加工变形进行了数值仿真分析ꎮ通过仿真结果可以看出ꎬ在给定静态铣削力作用下ꎬ壁厚的变化对变形的影响很大ꎬ铣刀切削位置的变化对变形的影响也较大ꎮ因此ꎬ在满足加工质量的前提下ꎬ应适当增加薄壁零件的刚度ꎬ采用分层加工和数控补偿技术的方法进行加工ꎬ为进一步对其他影响薄壁零件加工变形的因素展开研究具有重要意义ꎮ参考文献[1]㊀王晓健.基于ANSYSWorkbench的薄壁件加工工艺优化[J].机械工程师ꎬ2017ꎬ5:150-151. [2]㊀田庆.铝合金薄壁零件铣削加工仿真分析与试验研究[D].上海交通大学ꎬ2014.[3]㊀喻永巽.ANSYSWorkbench的应用现状及分析[J].机电工程技术ꎬ2014ꎬ9(43):138-140.[4]㊀黄志刚ꎬ柯映林.飞机整体框类结构件铣削加工的模拟研究[J].中国机械工程ꎬ2004ꎬ15(11):991-995.(上接第59页)4.2.3㊀全输出矩阵全输出矩阵是指在同一时刻任何输入端均可连接到所有输出端ꎮ通常在每个输入端设置一个功分器ꎬ并在每个输出端设置一个单刀多掷射频同轴继电器ꎮ一般地ꎬ全输出矩阵与多通道矩阵具有相同的能力ꎬ只是增加了输出能力而已ꎮ如图8所图8㊀全输出3ˑ3矩阵示全输出矩阵示意图ꎮ全输出矩阵由于增加功分器会下降插损和隔离指标ꎬ所以通常在所有输出端增加放大器来补偿和改善插损和隔离指标ꎮ5㊀结论射频同轴继电器由于宽带性能宽㊁传输功率高㊁射频性能优异㊁隔离度好㊁易组装且应用广泛ꎬ而成为最主要且最经典的射频开关类型ꎮ射频微波㊁通信㊁军事㊁航空航天等主要应用领域的快速发展ꎬ对传统射频同轴继电器产生了重要影响ꎬ使经典的射频同轴继电器出现新的特点和趋势:小型化㊁高性能㊁高可靠㊁集成化㊁防静电放电㊁抗无源互调(PIM)等ꎮ这些趋势值得我们关注研究ꎬ以此把握技术发展的脉搏和市场发展的方向ꎮ46机电元件2019年㊀。
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航空薄壁零件的铣削加工变形控制分析
3空装驻沈阳地区第一军事代表室
摘要:伴随着我国综合国力的不断增强,促进和带动着各行各业都获得了长
足的发展,其中航空公司的发展速度是最快的,但是航空产品采用的都是薄壁结
构,在具体制造的过程当中增加出现变形、失稳问题发生的概率与可能,而且给
具体的制造工作也带来许多的困难和影响。因此,本篇文章主要对航空薄壁零件
的铣削加工变形控制进行认真的分析和研究,以做参考。
关键词:航空薄壁零件;铣削加工;变形控制;
现如今我们国家的航天航空工业在快速的发展当中,与此同时,对飞行器无论是
性能还是稳定性都加强关注,并提出了更高的要求,零件设计也向着薄壁化、整
体化、复杂化的方向所发展和前进,需进一步提高飞行器整体结构的强度,并且
对装备的实际环节进行精简,只有这样,才能够满足新时代下对航空航天工业所
提出来的要求,但是经过认真的分析和了解之后发现,薄壁结构件在实际加工的
过程当中会遇到很多问题和挑战,之所以会出现这样的情况,主要就是因为薄壁
结构件的实际结构具有复杂性的特点,在实际制造加工的过程当中,非常容易出
现变形等问题,同时,这也成为了我国航空生产领域当中最棘手的问题之一。基
于此,本文下面主要针对于航空薄壁零件的铣削加工变形控制展开深入探讨。
1、导致航空薄壁结构件变形的主要原因分析
当加工工作在实际展开的过程当中,会造成薄壁结构件出现变形的因素是非常多
的,例如:使用的刀具、工作的机床、工艺参数、夹具等,其中最重要的因素就
是材料内部所出现的残余应力、加工过程当中的切削力、工装夹具的装夹力。
(1)材料内部所存在的残余应力
在正常的情况之下,材料内部的残余应力具有平衡性的特点,毛坯都是处在不变
形的状态当中,但是在薄壁结构件实际加工的过程当中,会将含有残余应力的毛
坯材料全部去除,这时参与应力就得到释放,将原有的平衡状态进行打破,之后
在加工工作结束之后,又进行重新分布,形成最新的平衡状态,所以出现了加工
变形问题,因为薄壁结构件在具体加工的过程当中,材料去量非常高,甚至已经
达到了90%左右,故而残余应力释放所造成的变形问题是非常明显的。
(2)加工过程当中的切削力
在板框内薄壁结构件实际加工的过程当中,所应用的主要方式就是铣削,铣刀发
挥出自己的作用之后,给予材料一定的压力,在发生多次的剪切失效后,从材料
上基本被消除,工件与铣刀前刀面、后刀面之间有切削力作用的出现。通过对薄
壁结构件的刚度进行认真的分析,发现其高度非常低,因为受到切削力所带来的
影响,故而局部会有弹塑性变形的出现,导致工件无论是其加工精度还是表面质
量都会不断下降。
此外,在铣削工作展开的过程当中,工件的加工表面也会有塑性变型问题出现,
又与其他部位所产生的弹性变形之间相互影响、相互控制,最终形成最新的加工
应力,对材料内部存在的分布状态产生一定影响,导致薄壁结构件增加加工变形
的可能和概率。
(3)工装夹具装夹力
经过认真的分析和统计之后发现,之所以会出现加工误差问题,其中有很大一个
原因就是装夹和定位所导致的,装夹方案与加工变形之间有着紧密的联系和关系,
因为薄壁结构件对其加工精度提出更高的要求,工件在机床上定位基准面如果选
择缺乏合理性的话或者是夹紧力的大小和位置非常不恰当,都会造成定位误差的
出现,对精度产生一定的影响,造成其不断下降。另外,工件的夹紧力和切削力
之间也会出现耦合反应,对加工应力的产生造成一定的影响,最终导致薄壁结构
件加工变形更具复杂性的特点,给予相关工作带来一定的难度。
2、降低和减少薄壁零件加工变形的方法
薄壁结构件它的局部刚性偏低,在加工工作展开的过程当中,切削力和切削热都
会对其产生一定的影响,想要对薄壁零件加工变形问题进行有效控制,还需相关
工作人员对切削力与零件局部高度之间的关系加强关注与重视,并且更好的处理,
降低切削力和消除零件残余应力是减小薄壁零件局部加工出现变形问题最有效的
方法。经过专业工作人员不断研究和分析之后发现,高速切削展开的过程当中,
所产生的切削率非常小,加工过程当中所产生的让刀变形效应也非常的小,而且
切削会将切削热大部分带有,零件温度变化不大,所以可以为后期零件尺寸精度
的控制打下了良好基础。当工作人员应用高速切削控制薄壁零件变形问题的过程
当中,还需遵循一定的原则,即:将切削力和零件余下刚度之间的关系和联系进
行合理的调整,并不断对其中的加工参数进行优化,保证切削力控制在合理的范
围之中,只有这样,才能够有效对薄壁零件加工变形问题进行有效的控制,最终
收获良好的效果。
薄壁结构间的实际加工的过程当中,不仅材料去除率高,而且截面形状也更具复
杂性的特点,毛坯当中的内应力伴随着材料去除而被不断的释放,内部应力释放
不均匀等各种问题都会增加零件出现变形问题,所以工作人员可以应用时效处理
方法以及设置出应力释放工艺槽,此项方法是完美消除内应力最有效、也是最直
接的方法。
因为工装夹具所带来的影响,零件在具体加工的过程当中会出现装夹力分布不均
匀等问题,工件在卸夹具之前,并不会出现较为明显的轮廓变形问题,主要就是
因为零件在实际加工的过程当中,应力得到了重新的分布,受到夹具所带来的影
响,工件的实际形状保持在了稳定的状态当中,但是零件刚度偏弱的中心区域,
会因为加工之后应力得重新平衡,所以出现塑性变形问题,这时最有效的解决方
法就是不断对装夹方式进行优化与革新,解决装夹力对零件变形所带来的不利影
响。
3、对薄壁零件加工工艺不断革新
刀具的实际加工路径,在粗加工展开的过程当中,选择的工艺方法主要就是
高速铣削以及非常高的进给率和非常小的铣削用量,在粗加工展开的过程当中,
还需要应用科学的方法,确保刀具负荷不会出现任何的问题,一直保持在稳定的
状态当中,降低和减少任何切削方向的改变,粗加工当中,在正常的情况之下都
会应用顺铣加工方法。粗加工展开过程当中所使用的加工刀具一般都是路径有2
向等高线层切法以及插铣刀具路径等,工作人员在进行走刀路径选择的过程当中,
一定要遵循“谨慎”二字,因为走刀路径的不同,对工件加工表面的质量会产生
不同程度的影响,精加工是工件形成最重要也是最后的环节,工作人员一定要对
刀具切削荷载加强关注与重视,并且保证其处在不变的状态当中。
结束语:
简而言之,在新时代的大背景之下,我们国家的航空工业呈现出了高速的发
展态势,同时,对自身发展也提出更高的要求,航空结构件也向着薄壁化的方向
所发展和前进,将薄壁零件的加工变形问题有效的解决,是大幅度提高航空产品
质量最有效的方法和路径,所以相关工作人员还需针对于影响航空薄壁零件变形
的因素进行深入的分析,之后制定出完善的方法,将问题妥善的解决,站在不同
的角度,将不同的工艺作为重点,来制定相关的解决方法,帮助航空薄壁结构件
最终真正的实现高精度的加工,推进我们国家的航空事业向着更加蓬勃的方向所
发展和前进。
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