6005A铝合金高速铣削加工数值模拟研究

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1、6005A铝合金高速铣削加工数值模拟研究NumericalSimulationStudyonHigh-SpeedMillingfor6005AAluminumAlloy大连交通大学机械工程学院唐山轨道客车有雕责任公司王謇大连交通大学机械工程学院副教授．主要研究方向为数拉殛数字化技术与％统、复杂曲面测■与加工。已发表论女17篇。目前，国内对于6005A铝合金大型薄壁中空结构件的高速数控加工存在诸多问胚，如数控加丁效率较低、刀具损耗大、铣削速度较高时卅现崩_=玎、打筋等．这些问题严重影响了企业生产效益。因此，研究6005A铝

2、台金的高速铣削加工机理，以解决生产中出现的问题．具有重要的现实86航窀铡遗技术·2010年簟1s期王春苏彬汤武初程浩目前，国内对于6005A铝台金大型薄壁中空结构件的高速数控加工存在诸多问题．如数控加工效率较低、刀具损耗大、铣削速度较高时出现崩刃、打筋等。这些问题严重影响了企业生产效益。因此。研究6005A铝台金的高速铣削加工机理，以解决生产中出现的问题，具有重要的现实意义。意义。在铣削加工过程中，切削力决定切削热的产生，并影响刀具使用寿命、加工精度和加工表面质量．研究切削力的规律和计算方法有助于分析铣削机理。解析法和实

3、验法是研究切削力的主要方法，但随着计算机技术的发展．有限元数值模拟方法为研究切削过程中的田削力提供了新的方法。同内外学者在二维、三维正交切削数值模拟方面做了很多的丁二作，取得了丰硕的成果1131t然而针对6005A铝合金的高建数控铣削加工的研究还未见报道。因此本课题采用三维斜角切削数值模拟的方法．对600SA铝台金高速铣削过程中的切削力变化规律进行探讨，为优选和优化高速铣削6005A铝合金结构件的刀具几何参数提供依据。6005A铝合金材料特性6005A合金是在6005台金的基础上发展的一种中等强度A】一Mz一51系合金，

4、具有优良的挤压性、焊接性和耐腐蚀性，广泛应用于地铁和巴士车体结构件、铁塔平台、管道设施等。6005A铝合金的主要化学成分和材料基本性能参数如表I和表2所不。有限元模型建立1热力耦台有用元控制方程在金属切削加工n}．髓着刀具的进给，材料应力不断增加。当应力超出弹性范同时，材料发生塑性变形。Q“切渤过程仿真表18005A铝台盒的±要化学成**牌号^lE其地惫m注：Cr+&In在012％一05％之间。表26005A#本性能参数弹性模量／c鼬泊{磬出翻缸fkg·一】热目事，(⋯‘．k1)热导系教限抗拉强厦肫届砸强度，n比斯(J·

5、k一·K’1】塑性变形功和刀屑之间的摩擦功转变成热而引起温度的升高．从而由于温度的升高产生热应变。在不考虑弹作蠕盔的情况下．弹塑性区域的总应变分量ds可“表示为：d仁d“+d“+de”(1j式中．d￡。为弹性应变增量；d钆为塑性应变增量；d岛为热应变增量。基于虚功原理和太应变、大变形理论，在不考虑体力的情况下，建立热一力耦台弹塑性控制方程”o：((kl十[虬】)㈤=，【以】7【吐，】{∥}dV一『【最】1{％ldV+{^}。(2)式中，[t。】为弹塑性刚度矩阵；f丘，】为几何刚度矩阵；{d}为节点速度{B，}为相对温度和

6、等效应变率的变化率；{^}为外部载荷的变化率．包括实际载荷变化率和由变形体形状改变引起的载荷变化率。2几何模型车辆铝合金6005A是易切削但容易产生加工缺陷的材料，一般采用2或3齿的螺旋立铣刀进行高速数控铣削加__[。立铣刀是双切削刃刀具，圆柱面上的切削刃是主切削刃+端面上的切削刃是副切削刃，一般情况下主、副切削刃同时参与材料去除。根据文献『515．铣削加工过程可以看作是沿切削刃许多微小斜角切创过程的综合作用。因此．本课题采用斜角切削模型对切削力进行分析，更有助于铣削加下过程中刀具参数对切削力影响规律的理解，同时也简化了

7、有限元数值计算模型。利用有限元软件本身所拥有的3D建模功能，分别建市w具和l。件的几何模型+并在装配模块下定义其装配关系。3材料模型材料模型的正确定义足金属切削过程数值模拟成功的一个关键融奈有限元戟件用一系列直线段连接给定的真实应力一应变数据对来形成连续的、分段线性的塑性曲线，可以用任意多的数据时来逼近宴际“％围16005A铝台金工程应力一应变曲线&36005A错台金材料的真女应女一应变：I_麴隧蹩毒糖瓣■晦!一麴*霸酷!。謦l!!

8、皋夔2010年第15料航申制造挂术87“wMH“ⅡⅣm“4“m“MⅢⅡ的材料行为．从而可

9、得到近似于真实材料的颦性行为。图I为通过拉伸试验得到的(5005A铝合金的工程应力应变曲线。通过拉伸试验得到工程应力～应变数据．需要转换为真实应力一应变。真实应力一应变和工程应力一应变的转换关系为：口=‰(1+‰)，(3)}=In(1十。。。)。(4)式中，d为真实麻力；“。。为名义应力；e为真实应变；s一为名义应变