夹紧力对薄板件端面铣削变形的影响机理及变形补偿方法研究

发布时间：2020-07-17 11:52

【摘要】：质量轻、韧性好的薄壁工件在加工时易变形,特别是当采用点支撑装夹方式进行端面铣削时,工件的初始变形、铣削变形和回弹变形均影响工件最终变形。本文以铝合金6061薄板件为例,采用铣削实验与数值模拟相结合的方法,综合分析夹紧力对工件加工变形的影响机理和规律,研究利用预变形补偿工件变形的方法,从而为点支撑低刚度工件的端面铣削变形控制提供理论依据。研究了点支撑端面铣削薄板件表面残余应力状态。结果表明,点支撑薄板件的铣削表面残余应力近似处于二维平面应力状态,已加工表面不同位置处的残余应力值不同。平行于和垂直于进给方向的表面残余应力均值随夹紧点位置向工件中部移动而增大。相对于夹紧点位置的影响,夹紧力大小对工件铣削后的表面残余应力均值影响不显著。研究了夹紧点位置和夹紧力大小变化时,铣削次表面残余应力沿工件厚度方向的分布情况。结果表明,不同夹紧点位置时,次表面残余应力沿工件厚度方向的分布规律基本相同；当夹紧点位置沿平行于进给方向或垂直于进给方向往工件中部变动时,已加工表面中心点处最大压应力的深度随之增大；相对于夹紧点位置的影响,夹紧力大小对次表面沿工件厚度方向的最大残余压应力深度的影响不显著。研究了夹紧点位置变化对工件表面残余应力和已加工表面中心点处最大压应力深度的影响机理,其主要影响机理是随着夹紧点位置由工件外侧向中部移动,在铣削过程中因工件挠曲而产生的工件上表面压应力减小,因而加工后的工件表面压应力均值随之增大；当夹紧点位置向工件中部移动时,铣削工件中部时的铣削力随之增大,因而增大了工件加工表面中心点处最大残余压应力的深度。建立了采用弹性工件-夹具接触模型的点支撑薄板件端面铣削二维仿真模型,研究了夹紧点位置和夹紧力大小变化对点支撑薄板件切削加工完成卸载后工件内部应力分布的影响规律。结果表明,点支撑薄板件切削完成卸载后,工件内部存在不均匀的应力分布;夹紧力变化对点支撑薄板件加工完成卸载后工件内部应力分布影响显著,当夹紧点位置处于工件两端时,加工完成卸载后工件内部中心线处应力的分布呈现两端大、中间小的规律；随着夹紧点位置沿工件进给方向往工件中部移动,加工完成卸载后工件内部应力最大值向工件中部移动,随着夹紧点位置进一步向工件中部移动,工件的出刀端应力随之增大；当夹紧点位置不变,夹紧力增大时,加工完成卸载后工件内部中心线处应力均值先增大后减小,但是变化幅度相对于工件内部中心线处应力均值较小。研究了夹紧点位置和夹紧力大小对点支撑薄板件内部应力分布的影响机理,其主要影响机理是当夹紧点位置发生变化时,装夹变形区与刃前弹性变形区的重叠位置随之改变；当夹紧力变化时,装夹变形区与刃前弹性变形区重叠区域内的应力分布随之改变；从而引起加工后工件内部应力分布的变化。研究了夹紧力对工件铣削变形和回弹变形的影响规律,建立了夹紧力与工件铣削变形、夹紧力与工件回弹变形之间的关系公式,分别预测了工件铣削变形和回弹变形最小时所需夹紧力的大小和位置。建立了考虑工件初始变形和夹紧力影响的工件最终变形预测公式。提出了基于预弯曲的薄板件端面铣削变形补偿的夹紧力计算方法,该方法通过调整夹紧力,使薄板件产生预弯曲变形,从而补偿铣削变形,达到补偿目的。提出了基于预拉伸装夹的薄板件端面铣削变形补偿的预拉伸应力计算方法,该方法通过预拉伸装夹调整拉伸应力,增大工件回弹变形,从而降低工件的最终变形,达到补偿目的。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54

【参考文献】