残余应力对变形的影响及措施

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1、２．１切削力模型为分析薄壁件变形问题，需建立受力模型、变形模型及数控补偿模型。而建立准确的受力模型是第一步关键的工作。图ｌ立铣切削受力模型示意图加工薄壁件多用立铣，所以首先建立立铣切削受力模型，如图ｌ所示。立铣刀参与切削的部分为侧刃、底刃和刀尖圆角半径。其中侧刃的受力模型经分析可采用Ｋｌｉｎｅ的平均力模型陋１。建模过程简述如下：因为切削力的大小与切削厚度有关，为方便分析，在侧刃上将总的切削面积划分为许多如图１所示’麓盒飘曩ｌ。麟寒科学蒸龛鏖赫撩≈≮蝴瓢摹２０醍）簿肭礴且．，，二∽，，”作誊筒介ｔ芏瘩剐（ｆ鲫＇．鬻Ｄ，“舅，‘汉族。江茵省景弛镇市。５ｂＩｏ箩ｌ班娥士研究生３８现代企业与先

2、进制造技术高层论坛的负载单元，通过计算所有处在切削区域的每个单元负载，即可获得力的空间分布状态。对于立铣刀底刃和Ｉ刀尖圆角半径部分的受力模型，可参考面铣的受力模型口３建立。建模过程简述如下：将切削力分解成垂直于刀具前刀面的法向力和刀具前刀面上的摩擦力，将某一瞬时处于切削区域内所有的法向力和摩擦力分解到Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向，并与测量的切削力建立方程，通过求解可得到模型常量，进而可建立得底刃和刀尖圆角半径部分的受力模型。２．２切削力对侧壁变形的影响及措施由于切削力的作用，工件的侧壁会产生“让刀”变形。针对侧壁加工的变形特征，可以从两方面考虑对其进行精度控制。其一为在常规铣削方式下，通过刀具或

3、工件倾斜进行过切补偿：其二为利用高速加工技术进行分层对称铣削来控制其加工精度。Ｃ—ｃ．Ⅳ＾薄图２过切补偿原理示意图如图２所示，薄壁件上端刚性较差，在切削力作用下容易产生弹性变形，Ａ，Ｃ两点分别移到彳’，ｃ两点，刀具仅切除Ａ＇ＢＤＣ部分的材料。走刀过后薄壁弹性恢复，残留ＣＤＣ。部分材料未被切除，造成了壁厚加工误差，因此薄壁件加工壁厚超差主要是由于让刀而少切了一块材料。若刀具能倾斜一个角度，即刀具由ＤＣ位置向ＤＣ位置偏摆，则在工件最下端径向切深不变，而在工件最上端径向切深增量为万。径向切深增大导致切削力的增大，进而变形增大，设刀具偏摆后加工中工件变形为万，。工件回弹后的实际变形将取决于过切

4、的程度与加工中工件变形的程度，若偏摆角度合适，过切与变形部分正好抵消。，分层对称加工不仅切削力小，能减小加工变形，而且能使应力分布均匀化，同时可以采用大径向切深、小轴向切深加工并充分利用零件整体刚性，是一种有效而实用的侧壁加工工艺方法。２．３切削力对腹板变形的影响及措施图３为腹板变形示意图，在切削力的作用下，刀具和薄壁件的切削平面都不在正确的位置上。实切削平面计划的切削平面工件的切削平面图３腹板变形示意图ＨａｒｕｋｉＯＢＡＲＡｔ４１等人提出的低熔点合金（ＬｏｗＭｅｌｔｉｎｇＡｌｌｏｙ）辅助切削方案有效地解决了薄板的加工变形问题。该方案指出，利用熔点低于１００℃的ＬＭＡ“Ｕ－ＡＬＬＯＹ７

5、０”作为待加工薄板的基座，或者将ＬＭＡ浇注入薄壁结构型腔，也可以将ＬＭＡ与真空吸管相配合组成真空夹具。该方法不仅可以加工高精度的薄板，也可以加工高精度的侧壁。对减小腹板的加工变形，文献ｐｌ中介绍的工艺方法也值得参考。其具体方法如下：（１）刀具轨迹避免重复，以免刀具碰伤暂时变形的切削顽；（２）粗加工分层铣削，ｔＥ皮力均匀释放；（３）采用往复斜下先进制造技术３９刀方式以减少垂直分力对腹板的压力；（４）保证刀具处于良好的切削状态。当然，该方法仅在走刀路径方面进行优化，还需结合其它方法（如使用真空夹具等）进一步控制加工变形。２．４基于有限元分析的变形模型本文运用有限元分析结合受力模型进行变形模

6、拟，以侧壁为例。模拟过程如下【６】：在刀具进给方向某一位置，假定刀具轴线固定，并以一定的角度增量妒旋转。在每一旋转位置，经过有限元分析计算均可计算出相应位置节点的变形。这样，经过”次旋转，共旋转西角，这一轴线上所有位置节点的变形便全部得出。然后，刀具沿进给方向前进到下一轴线位置，重复上述计算过程，直至工件的最边缘，这样，被加工工件的变形便全部被记录下来。必须注意，由于让刀现象，计算变形的过程中要通过迭代完成，直至满足收敛条件为止。２．５基于有限元技术的数控补偿模型进给量的局部优化法［７１与刀具偏摆数控补偿技术【８１均应用了有限元技术来建立零件的加工变形模型，并分析处理加工过程中的加：［

7、变形状况。进给量的局部优化方法是针对恒定进给量提出的。因为零件某一表面上各部分的刚性不同，在同一表面上的切削力的大小也会不同，受力变形情况也不一样。利用有限元分析软件进行分析后得到变形分布图，可以看到有些位置的变形大，有些位置的变形小。进给量的局部优化就是在变形小的地方采用大进给量，而在变形大的地方采用小的进给量．这样可以在保证变形量的同时，提高效率，减少成本。实验研究表明，采用该方法在提高加工质量的同时可以节省约６０％的加：【时间。刀具偏摆数