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薄壁件周铣切削力建模与表面误差预测方法研究

作者:学术论文网 来源:未知 日期:2021-06-05 18:36人气:

1.模型构建

1.1薄壁部件应力分布

(1)构建的薄壁部件铣削加工有限元模型,考虑到粗加工阶段材料去除引起的空白初期剩馀应力再分布和切削力的综合作用对侧壁加工变形的影响,与现有的有限元模型相比,加工过程模拟更接近工程实际制备后部件的应力以压力应力形式存在时,薄壁和底部沿长度方向(y方向)的应力.

薄壁部件的薄壁和底部表面出现深度浅、强度大的加工表面应力,与厚板的初始应力共同形成了这样的框架部件在长度方向上的应力分布结构.

需要注意的是,表面应力和初始应力的分布大不相同,表面应力强度大但分布浅,初始应力强度小,属于结构性应力分布.

(2)较大的空白初期残留应力分布在加工过程中,在薄壁部件侧壁的最终自由端附近发生加工变形变动,容易引起或加剧切削振动.

因此,必须严格控制空白的初始残馀应力,抑制对加工变形的影响.

1.2力学模型数学分析

薄壁零件的加工变形受残余应力、铣削力、铣削热、夹具、加工技术等综合因素的影响,需要进一步考虑各种因素的影响,完善当前有限元模型,使三维加工过程模拟更加真实,模拟结果更加可靠.

根据对称加工的特点,薄壁框架部件可以在y轴线沿z方向弯曲变形挠度值作为计算目标.

一般来说,在x正交方向分布肋板,其厚度相对部件的长度尺寸小时,对长度方向的影响可以忽略.

沿f方向分布的内应力作用机制相似,薄壁部件模型简化为梁部件,沿y方向内应力产生的弯曲变形.

2.实验与分析

零件加工后,板坯的几何尺寸和初始应力分布发生变化,附着的外部加工应力的影响,框架内应力分布的差异比较复杂,零件的变形通过函数直接分析很难得到.

因此,通过实验的方法,首先得到应力变形的分布状况,构筑适合这样部件的解析函数,确保函数预测的正确性.

2.1实验设计、加工变形主要受应力分布的影响,通过铣削和喷砂实验改变部件应力场分布,获得变形,验证上述数学模型的有效性.

铝合金厚板经过固溶处理和预拉处理,板坯尺寸为500mm×108mm×60mm,弹性模量为71GPa,厚板铣削时用真空吸附夹具夹紧,减小夹紧力对部件的变形影响加工后部件尺寸,样品薄壁厚为2mm,底部厚为6mm,侧壁厚为2mm,肋板厚为21mm之后,对样品薄壁和底部进行表面全权复盖的喷砂处理,参照零件的喷雾强化标准,喷雾时以石英砂为喷雾,喷雾规格为0.5mm,喷雾压力为0.3MPa,喷雾距离为80mm,垂直部件表面喷雾.

喷砂改变部件表面的应力大小,促进部件变形,得到铣削加工和喷砂处理的变形样品.

铣削加工前后和喷砂前后部件的长度方向(y方向)的挠曲线用三标计扫描得到.

扫描时精度为1pm/m,步长为10mm.

毛坯板内的初始应力可采用逐层铣削方法,通过释放应力后的变形反过来寻求结构的残馀应力分布,这种方法对规则厚板类毛坯非常有效.

表面应力利用化学阶段性腐蚀后,通过PR0T0-X射线衍射表面应力测定仪测定,具体方法为铣削加工和喷砂后的样品表面利用5%的Na0H溶液阶段性腐蚀到不同深度过XRD测定表面应力,获得表面逐层深度的应力分布.

2.2初始应力测试实验,实验采用的材料为7075铝合金厚板,经T651处理,坯料尺寸为500mmx230mmx60mm.

首先,获得铣削前厚板的初始应力,用x射线衍射法测定表面应力强度,为初始应力标定块的尺寸和测试点位置.

标定块中间区域x方向的平均应力为-10MPa.

铝合金厚板内部的残馀应力通过层削法沿厚度方向按一定的增量厚度,通过铣削加工剥离具有应力的厚度层,改变样品基体的应力平衡状态变形,计算剥离层的应力值,得到部件的初始应力分布函数,为了退火板层削法的实验应力应变图,铝合金厚板沿厚度方向残馀应力分布,应力值在±5MPa之间.

2.3微米厚的PVD涂层,微米厚的PVD涂层是切削过程中的重要组成部分.

根据C基体和优化后的几何结构开展涂层挑选和应用优化.

初始优化后的涂层有AlCrXN涂层、TiAlCrN涂层和TiAIN涂层.

最好选择基体优化相同的切削参数进行测试,加工300min后的工具磨损.

从磨损形式和磨损值来看,AlCrXN涂层表现出最好的切削性能,因此选择该涂层.

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