基于加工特征的铣削力预测研究.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第６期倡基于加工特征的铣削力预测研究赵凯，刘战强（山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南２５００６１）摘要：航空发动机广泛采用钛合金薄壁结构，薄壁件在铣削加工过程中受铣削力的影响易于产生加工变形，影响加工质量。为减少加工变形，提高加工质量，需对铣削加工过程中的铣削力进行预测。为此，以Ｊｏｈｎｓｏｎ-Ｃｏｏｋ本构方程为基础，考虑材料热力学动态性能和断裂准则对铣削力的影响，建立了基于加工特征

2、的钛合金Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ铣削力预测模型。首先，利用ＵＧ／Ｏｐｅｎ工具模块对ＵＧ软件进行二次开发，创建了零件加工特征知识库。然后，利用Ｄｅｆｏｒｍ-３Ｄ仿真软件对材料本构模型、切屑分离和切屑断裂准则等进行描述，建立钛合金Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ铣削加工有限元模型，对铣削力进行预测。铣削力实验证明了预测模型的可行性。最后，利用建立的有限元模型研究了工件曲率半径对铣削力的影响。结果表明，圆弧内轮廓铣削过程中的铣削力较大，圆弧外轮廓铣削过程中的铣削力较小。关键词：铣削力；加工特征；本构方程；断裂准则；曲率变径

3、中图分类号：ＴＧ７１４；ＴＧ５０１．３；ＴＧ５４文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）０６—００８６—０７NumericalpredictionofmillingforcesbasedonmachiningfeatureＺｈａｏＫａｉ，ＬｉｕＺｈａｎｑｉａｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈ-ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄＣｌｅａｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｉｎ-ｗ

4、ａｌｌｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｉｒｃｒａｆｔｅｎｇｉｎｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｗｉｌｌｒｅｄｕｃｅｔｈｅｆｉｎｉｓｈｅｄｐａｒｔａｃｃｕｒａｃｙｄｕｅｔｏｔｈｅｌｏｗｅｒｒｉｇｉｄｙｏｆｔｈｉｎ-ｗａｌｌｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｍｕｓｔｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｅｃｉｓ

5、ｉｏｎｏｆｔｈｉｎ-ｗａｌｌｅｄｐａｒｔｓ．ＡｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆＴｉ-６Ａｌ-４ＶｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＪｏｈｎｓｏｎ-Ｃｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ＵＧｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＤｅｆｏｒｍ-３Ｄｆｉ-ｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｎ

6、ｔｈｅｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｄｕｒｉｎｇｓｉｍ-ｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅ-ｂａｓｅｏｆｆｅａｔｕｒｅｓｆｏｒａｅｒｏ-ｅｎｇｉｎｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓｃｒｅａｔｅｄｂｙＵＧｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌ-ｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｍｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ，ｃｈｉｐｆｒａｃｔｕｒｅａｎ

7、ｄｍａｔｅｒｉａｌｓｅｐａｒａ-ｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａ．Ｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ｌａｓｔｌｙ，ａｎｉｍ-ｐａｃｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅｏｎｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍ

8、ｕｍｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｗｉｌｌｂｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｉｎｇｔｈｅｉｎｎｅｒｃｏｎｔｏｕｒ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｗｉｌｌｂｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｉｎｇｔｈｅｏｕｔｅｒｃｏｎｔｏｕｒ．Keywords：ｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｍａｃｈｉｎｉｎｇｆｅａｔｕｒｅ；ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎ；ｆｒａｃｔｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎ；ｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅ响因素，提高钛合金Ｔｉ-６Ａｌ