基于混沌粒子群算法的钛合金薄壁筋铣削变形优化
发布时间：2021-04-07 07:59
针对薄壁筋受铣削力影响易变形的问题,提出一种基于薄壳划分和周期性施加铣削负载的变形仿真方法,通过仿真和试验两方面对比研究,分析了薄壁筋的变形过程并得出其变形规律。为了解决标准粒子群算法在优化铣削参数时容易陷入局部最优解的问题,提出一种基于变异算子与自适应动态惯性权重的改进混沌粒子群算法,并以变形量为约束,铣削力最小为目标优化了铣削参数。结果表明:改进后的混沌粒子算法在全局搜索能力和计算速度方面相比粒子群算法显著提高,试验证明采用优化后的铣削参数组合可有效减小薄壁筋的变形。
【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(01)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
薄壁筋零件模型
薄壁筋为悬臂结构,在厚度方向刚性较弱,刀具对钛合金铣削层产生挤压作用后,在铣削力作用下的铣削层产生弹性变形,在铣削过程中实际去除的材料比理论铣削量少,易出现让刀现象,使得刀具不能按照零件理想轮廓进行加工。加工过程中刀具与工件实际接触的轮廓如图2所示,与零件的理想轮廓存在偏差,导致薄壁筋加工变形。2 薄壁筋的变形分析
薄壁筋在精加工过程中材料去除量较少,刀具绕薄壁筋周线表面顺时针回转铣削,铣削力周期性作用在工件表面,而工件相对于铣刀沿着进给方向运动。针对薄壁筋铣削过程,采用一种基于薄壳划分和周期性施加负载的仿真方法,通过将铣削力转换为动态铣削力负载,对薄壁件变形趋势进行预测,具体预测步骤如图3所示。为提高仿真计算速度,研究对象选取精加工中3mm厚度精加工到最终1mm时所产生的变形量。首先,在有限元软件ANSYS workbench中建立薄壁筋工件的模型,将工件表面划分为多层带厚度的薄壳,使铣削载荷作用于薄壳表层,薄壳厚度应与应力场厚度一致。其次,将每层薄壳与工件基体进行附着,实现进给方向和垂直进给方向铣削力的施加,并将铣刀对薄壁模型的法向分力转化为动态载荷加载到薄壁筋有限元模型上,完成铣削力的施加。最后,释放工件约束,进行有限元计算。立筋精加工参数设置如下:每齿进给量fz为0.08mm/z;铣削宽度aw为4mm;铣削深度ap为0.3mm;铣削速度vc为104m/min。模拟过程中采用D8整体硬质合金四齿立铣刀,薄壁筋载荷施加后的变形云图如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MPSO-BP对5A06铝合金薄壁件变形预测[J]. 王峰,徐雷,贺云翔,何思奇. 组合机床与自动化加工技术. 2019(05)
[2]走刀路径对多型腔薄壁件加工变形的影响[J]. 贺旭东,明伟伟,郭国强,陈明. 机械设计与制造. 2019(03)
[3]薄壁结构件铣削加工变形的有限元分析[J]. 王荣奇,谢雪范,周晓勤,李国发. 组合机床与自动化加工技术. 2019(02)
[4]薄壁曲面零件铣削加工变形的有限元模型（英文）[J]. 王凌云,黄红辉,Rae W.WEST,李厚佳,杜继涛. Journal of Central South University. 2018(05)
[5]钛合金切削表面残余应力影响因素及参数优化[J]. 杨成云,董长双. 铸造技术. 2017(01)
[6]复杂薄壁、薄板类零件高速加工技术初探[J]. 陈战士,司晓梅,刘东晓,张成立. 航空精密制造技术. 2012(01)
[7]航天航空产品中钛合金的铣削加工技术[J]. 冉启军,张玉峰. 金属加工(冷加工). 2012(03)
[8]自适应混沌粒子群优化算法[J]. 赵志刚,常成. 计算机工程. 2011(15)
[9]高速铣削钛合金Ti6A4V铣削力试验研究[J]. 罗汉兵,赵军,李安海,崔晓斌. 组合机床与自动化加工技术. 2011(05)
博士论文
[1]粒子群算法的基本理论及其改进研究[D]. 刘建华.中南大学 2009
本文编号：3123107
【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(01)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
薄壁筋零件模型
薄壁筋为悬臂结构,在厚度方向刚性较弱,刀具对钛合金铣削层产生挤压作用后,在铣削力作用下的铣削层产生弹性变形,在铣削过程中实际去除的材料比理论铣削量少,易出现让刀现象,使得刀具不能按照零件理想轮廓进行加工。加工过程中刀具与工件实际接触的轮廓如图2所示,与零件的理想轮廓存在偏差,导致薄壁筋加工变形。2 薄壁筋的变形分析
薄壁筋在精加工过程中材料去除量较少,刀具绕薄壁筋周线表面顺时针回转铣削,铣削力周期性作用在工件表面,而工件相对于铣刀沿着进给方向运动。针对薄壁筋铣削过程,采用一种基于薄壳划分和周期性施加负载的仿真方法,通过将铣削力转换为动态铣削力负载,对薄壁件变形趋势进行预测,具体预测步骤如图3所示。为提高仿真计算速度,研究对象选取精加工中3mm厚度精加工到最终1mm时所产生的变形量。首先,在有限元软件ANSYS workbench中建立薄壁筋工件的模型,将工件表面划分为多层带厚度的薄壳,使铣削载荷作用于薄壳表层,薄壳厚度应与应力场厚度一致。其次,将每层薄壳与工件基体进行附着,实现进给方向和垂直进给方向铣削力的施加,并将铣刀对薄壁模型的法向分力转化为动态载荷加载到薄壁筋有限元模型上,完成铣削力的施加。最后,释放工件约束,进行有限元计算。立筋精加工参数设置如下:每齿进给量fz为0.08mm/z;铣削宽度aw为4mm;铣削深度ap为0.3mm;铣削速度vc为104m/min。模拟过程中采用D8整体硬质合金四齿立铣刀,薄壁筋载荷施加后的变形云图如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MPSO-BP对5A06铝合金薄壁件变形预测[J]. 王峰,徐雷,贺云翔,何思奇. 组合机床与自动化加工技术. 2019(05)
[2]走刀路径对多型腔薄壁件加工变形的影响[J]. 贺旭东,明伟伟,郭国强,陈明. 机械设计与制造. 2019(03)
[3]薄壁结构件铣削加工变形的有限元分析[J]. 王荣奇,谢雪范,周晓勤,李国发. 组合机床与自动化加工技术. 2019(02)
[4]薄壁曲面零件铣削加工变形的有限元模型（英文）[J]. 王凌云,黄红辉,Rae W.WEST,李厚佳,杜继涛. Journal of Central South University. 2018(05)
[5]钛合金切削表面残余应力影响因素及参数优化[J]. 杨成云,董长双. 铸造技术. 2017(01)
[6]复杂薄壁、薄板类零件高速加工技术初探[J]. 陈战士,司晓梅,刘东晓,张成立. 航空精密制造技术. 2012(01)
[7]航天航空产品中钛合金的铣削加工技术[J]. 冉启军,张玉峰. 金属加工(冷加工). 2012(03)
[8]自适应混沌粒子群优化算法[J]. 赵志刚,常成. 计算机工程. 2011(15)
[9]高速铣削钛合金Ti6A4V铣削力试验研究[J]. 罗汉兵,赵军,李安海,崔晓斌. 组合机床与自动化加工技术. 2011(05)
博士论文
[1]粒子群算法的基本理论及其改进研究[D]. 刘建华.中南大学 2009
本文编号：3123107
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3123107.html
