薄壁零件铣削加工变形预测

论文摘要

机电产品中尤其航空产品中,经常存在着一些刚性差、精度高的薄壁零件,其中多数为产品的关键零件。这些零件普遍具有结构复杂、薄壁、变厚度、曲面曲线结构多、协调精度要求较高等特点,目前都采用数控铣削的方法来进行加工。但在加工过程中由于零件刚度差等多种原因,容易产生变形,因而难以控制加工精度和达到较高的加工效率。本文在综述国内外薄壁件加工变形研究现状的基础上,系统地研究了如何运用有限元数值仿真计算技术来模拟铣削加工过程,对薄壁件的受力变形进行了预测。本文的主要工作是建立薄壁零件铣削过程力学模型,并通过有限元分析和有限元分析软件ANSYS预测铣削加工引起工件变形。论文阐述了薄壁零件加工变形研究现状及切削加工变形的机理,总结了薄壁件加工变形产生的原因。通过对薄壁件加工变形数值模拟的综合分析,得出切削力模型和有限元模型是薄壁件加工变形研究的关键,对二者的研究具有重要意义。论文的工作重点是采用四因素、四水平正交试验法进行了铣削试验,在详细给出四因素、四水平试验模型中参数、指数数学公式的基础上,利用矩阵简化法,建立了基于铝合金材料7075-T651的数控铣削力经验模型。以试验为基础,验证了此铣削力经验模型的有效性。最后通过ANSYS有限元分析软件对薄壁件铣削加工过程的变形进行分析,并以框体薄壁件及复杂曲面叶片薄壁件为实例进行了分析,获得铣削加工变形的基本规律,提出变形控制措施,为提高生产率和进一步研究控制薄壁件加工变形提供了依据。本研究属于应用基础性研究,在数值仿真计算方面具有潜在的应用价值;在提高加工精度,降低生产成本,提高加工效率等方面具有重要的经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 薄壁零件的加工变形研究现状
• 1.2.1 试验研究现状
• 1.2.2 切削加工的数值模拟技术研究现状
• 1.3 薄壁件切削加工变形机理及加工变形研究
• 1.3.1 薄壁件切削加工机理研究
• 1.3.2 薄壁件加工变形产生的原因分析
• 1.4 本文研究内容
• 本章小结
• 第二章 薄壁件加工变形的数值模拟分析
• 2.1 薄壁件变形数值模拟的综合系统建立
• 2.2 薄壁件铣削力力学模型建模的研究
• 2.3 薄壁件加工数值模拟的有限元建模分析
• 2.3.1 薄壁件加工有限元建模的理论基础
• 2.3.2 薄壁件变形有限元模型的建立及补偿加工方法
• 2.4 薄壁件加工变形数值模拟分析流程图
• 本章小结
• 第三章 铝合金数控铣削力模型的建立与试验验证
• 3.1 引言
• 3.2 四因素、四水平正交试验方法介绍
• 3.2.1 正交试验设计法
• 3.2.2 正交表
• 3.3 铝合金铣削力经验模型的确定
• 3.3.1 铣削力模型的假设条件
• 3.3.2 铣削力模型的确定
• 3.4 铝合金数控铣削力的试验研究
• 3.4.1 铣削试验条件及信号采集系统
• 3.4.2 铣削力试验设计及试验参数表
• 3.4.3 试验数据处理及结果
• 3.5 铝合金铣削力经验模型的建立
• 3.5.1 原理及模型参数的数学推导
• 3.5.2 模型参数的矩阵法简化求解
• 3.5.3 铣削力经验公式的确立及模型有效性验证
• 本章小结
• 第四章 薄壁零件铣削加工变形有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元法基本知识
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 分析步骤
• 4.3 薄壁件铣削加工变形的ANSYS 分析
• 4.3.1 ANSYS 有限元分析软件概述
• 4.3.2 薄壁件铣削加工变形ANSYS 分析的流程
• 4.4 铣削加工变形的ANSYS 分析实例
• 4.4.1 框体薄壁件铣削加工变形的有限元建模
• 4.4.2 不同壁厚情况下的加工变形分析
• 4.4.3 不同工件长度下的加工变形分析
• 4.4.4 不同工件高度下的变形分析
• 本章小结
• 第五章 叶片铣削加工变形的有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 叶片铣削加工的有限元建模
• 5.3 叶片铣削过程分析及铣削力的计算
• 5.4 叶片铣削加工的变形规律分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢