浅论薄壁液压缸筒精加工夹紧变形问题

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1、精密制造与自动化2010年第3期。·∈>。<>。<>O·言}。<>。<≥．O◇O◇oO工艺与装备《◇浅论薄壁液压缸筒精加工夹紧变形问题胡增荣南京铁道职业技术学院(215137)摘要薄壁液压缸筒是工程机械中常用的零件，在精加工中受夹紧力变形，一直是影响其加工精度的一个主要原因，采用有限元软件ABAQUS对薄壁液压缸简的加紧变形进行了模拟，并对不同夹紧方法进行了比较，提出了改进建议。关键词薄壁液压缸筒夹紧变形ABAQUS有限元模拟工程机械用液压缸筒越来越趋向于薄壁和超1ABAQUS简介长，内径与壁厚比可达到

2、10～16．5mm，长度和内ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限径比可达到40～70¨J。这类零件由于本身壁厚小、元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析长度大、加工精度要求高，在精加工中保持设计精到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰度比较困难。本文重点讨论其在加工中受夹紧力变富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种形对加工精度的影响和改进建议。类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能。薄壁液压缸筒加工时一般用中心架与三爪或四ABAQUS虽然功能广泛，但使用起来却非常简单。爪

3、卡盘上配合使用安装在机床上，液压缸简在卡盘用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算夹紧后发生弹性变形，此时液压缸筒内外径都已经结果。失圆，其内孔经镗孔后呈圆形，外径形状保持不变，2建立有限元模型当从卡盘中取出工件后，套筒会恢复成原来的外形，今以长600mm，外径120mm，内径1001TnTI而内孔变成失圆的形状，如图1所示I引。所产生误的液压缸筒一端被三爪卡盘夹持的情况讨论。如图差的大小与套筒本身的形状、材料和夹紧力大小有2所示，三爪成120。均匀分布，夹紧时，工件受均关，正确预测变形的大小，对改

4、进加工工艺，提高匀分布的三处径向力挤压。为简化处理过程作如下产品质量有很大的现实意义。假设：(1)夹持力是均匀作用在夹持面上的径向力，忽略导致夹持力不均的各种影响；(2)假设夹持力只使工件产生弹性变形；(3)假设材料组织均匀，各向同性；(4)假设液压缸筒的另一端是完全固定的。因为现在只考虑夹紧力产生图l工件的夹紧变形的变形，不考虑加工等的影响。要精确得到变形量可以进行试验及理论计算，三爪卡盘的卡爪与工也可以运用有限元模拟的方法求得。随着计算机技件接触面积近似为长方形，术的飞速发展，解决工程问题应用有限元

5、法已经越接触长度是40mm，接触宽来越普遍了。本文运用有限元模拟的方法解决这一度是10n"llTl，有效接触面积图2三爪夹持示意问题，模拟工具使用的是有限元软件ABAQUS。每爪是400mm。夹紧扭矩53精密制造与自动化2010年第3期是350N·m。产生450MPa压力。坯料用45钢精密由图5可见最大变形量发生在加载方向上，其冷拔钢管，其弹性模量E=2．1×10MPa，泊松比峰值为0．35mm，3处变形均等，变形趋势与预期v=0_3。形状相一致，使用不同的夹紧力，可得到不同的变根据以上参数，在ABAQ

6、US的CAE集成环境形值。变形随夹紧力的增大而增大。运用同样的载下，建立如图3所示的模型。荷条件做试验，测得变形为0．3405mm。试验得到的数据比模拟的值小，是因为模拟时候所做的假设，在实际情况中有的根本不可能存在，有的可能与实际情况有出入。如对冷拔钢管而言，材料不可能组织均匀各向同性。而夹持力也不是均匀分布在夹持面上。模拟结果与试验结果只差0．0095ITI1TI。这个值对于液压缸筒这类零件的精度要求来说是完全可图3液压缸筒模型以忽略不计的。由不同夹紧力作用下模拟的结果可见，减小夹3分析与比较紧力对

7、减小变形具有直接的效果，是因为变形处在对模型赋予45钢的材料属性，一端施加完全固弹性范围内，但夹紧力的减小是有一定限度的，它定的边界条件，另一端施加120。分布的3处均布必须保证切削加工的顺利进行并具一定的生产效载荷如图4所示。率。运用有限元模拟可以确定适宜生产过程的最小夹紧力。如果使用最小夹紧力所产生的变形依然使工件加工后不能达到精度要求，那么就要另找解决办法。分析工件夹持处受力情况及变形图可以自然地想到，假如不是3处局部受力而是夹持力均匀分布到夹持的圆周区域上，那么情况一定会好很多。照这样的思路，可

8、用多齿卡盘，扇形软爪卡盘图4载荷与约束或在工件夹紧处外周增加一个开口过渡环，夹紧力通过过渡环夹紧工件，使夹紧力在工件周围均匀分选择合适的单元类型并自动划分网格，在有限布，将夹紧变形减小到最小值，以提高加工精度。元分析中，一般说来网格划分得越密，在其他条件用加过渡圆环改进方法为例，为简化模拟过程，现不变的情况下，模拟结果就越精确，但网格密度的在直接用作用在整个夹紧圆周上的均布力代替3处增加将会成倍地增加模拟的时间。在此选单元类型局部夹紧力。这