高铁白车身拉丝加工表面纹理参数化评价方法

发布时间：2021-04-07 00:06

　　针对拉丝加工表面纹理的获取缺乏材料微观去除层面的理论指导与量化评价指标的问题,提出一种面向铝合金高铁白车身拉丝表面纹理形成的参数化评价方法.选择磨粒的几何形状和尺寸、分布间距和出刃高度作为拉丝轮形貌特征评价参数,根据磨粒分层和随机分布规律在二次开发的拉丝轮参数化建模平台上自动生成拉丝轮模型,并确定以沿纹理方向的微观不平度十点高度和垂直纹理方向的轮廓微观不平度的平均间距作为特征参数区分直纹和雪花纹.仿真和实验结果表明:通过该方法可以获得理想的直纹和雪花纹,其中直纹的微观不平度十点高度小于2μm,轮廓微观不平度的平均间距大于0.2 mm,雪花纹的微观不平度十点高度大于5μm,轮廓微观不平度的平均间距小于0.1 mm. 

【文章来源】：华中科技大学学报(自然科学版). 2020,48(11)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

磨粒排列具有分层分布规律的拉丝轮模型b.磨粒排列具有随机分布规律：考虑将拉丝轮

层排列，即同一圆周上的磨粒间距较小互相粘接，而不同圆周的磨粒之间则磨粒间距较大．在现有的磨料中，可以通过不织布纤维作为拉丝轮基体实现上述磨粒分布规律．图1为通过拉丝轮参数化建模插件建立的磨粒分布具有分层规律的拉丝轮模型．通过控制两个方向上的磨粒中心距Lr和Lh来实现磨粒的分层排列．图1磨粒排列具有分层分布规律的拉丝轮模型b.磨粒排列具有随机分布规律：考虑将拉丝轮表面磨粒设计成随机排列分布，磨粒之间的中心距呈随机分布，这是砂带、砂轮等常见磨具表面的磨粒分布形式．图2为表面磨粒排列为随机分布规律的拉丝轮．在拉丝轮建模过程中，磨粒两个方向上的中心距Lr和Lh设置成相同，经过两个方向的随机振动，最终实现磨粒在拉丝轮表面的随机分布．图2磨粒排列具有随机分布规律的拉丝轮模型1.3拉丝表面纹理评价指标表面纹理主要描述几何表面的平面度．国际生产工程科学院(CIRP)研究表明：表面纹理可通过测量加工后的工件表面维粗糙度参数予以量化表征[17]．微观不平度十点高度Rz值反映同一条直线上表面形貌的起伏，可以用来描述路径是否连续；而轮廓微观不平度的平均间距Sm值反映一个波峰和波谷的宽度，可以用来描述纹路沟壑的宽度，也即纹路的粗细[16]．因此，可以通过测量在拉丝轨迹方向上的Rz值和垂直拉丝轨迹方向上的Sm值来区分不同的拉丝纹理．Rz定义为在取样长度内五个最大轮廓峰值和五个最大轮廓谷值的平均值之和，具体表达式为55zpv115iiiiRyy，(3)式中：ypi为第i个最大轮廓峰值；yvi为第i个最大轮廓谷值．Sm是指在取样长度内轮廓微观不平度?

?淦悼刂疲?罡呱杓谱??2000r/min．试验工件为3m×2m的6005A-T6铝合金高铁白车身侧墙样件，工具分别为不织布拉丝轮(表面磨粒呈分层分布)和雪花砂带(表面磨粒呈随机分布)．力控机器人加工是实现复杂零件材料精密去除的有效解决手段[21-22]．在拉丝试验中，通过控制法向力替代仿真中的切深输入，基于前期大量工艺试验，确定通过两种拉丝轮加工的最优工艺参数组合为：法向力20N，拉丝轮线速度11.8m/s，工件进给速度10mm/s，磨粒粒度P180．3.2实验结果图4为通过两种拉丝轮在上述工艺参数条件下获得的两种不同视觉特征的拉丝纹理．在视觉上，两种纹理特征基本符合直纹和雪花纹的特征要求．为分析两种纹路是否符合直纹和雪花纹的微观形貌特征，与仿真类似，通过KeyenceVHX-1000C超景深显微镜测量两种纹路沿纹理方向和垂直纹理方向的形貌信息，如图5所示，然后通过式(3)和式(4)计算得到对应的Rz值和Sm值．Rz值和Sm值均选择4条等间距测量路径，其值如表4和表5所示．从表4和表5可以看出：当拉丝轮表面磨粒为图4两种表面磨粒分布规律拉丝轮加工得到的拉丝纹理图5两种拉丝纹理表面形貌表4工件表面沿纹理方向Rz值μm磨粒分布规律路径1路径2路径3路径4平均值标准差分层分布1.2630.9811.1391.4771.2150.209随机分布7.8529.7736.9427.0637.9071.307表5工件表面垂直纹理方向Sm值mm磨粒分布规律路径1路径2路径3路径4平均值标准差分层分布0.3140.2710.2530.3390.2940.034随机分布0.0820.0790.0960.1380.0980.027分层分布时，沿纹理方向的Rz平均值为1.215μm，小于


本文编号：3122411