铝合金复杂薄壁构件高速加工工艺技术研究

论文摘要

铝合金薄壁件在航天、化工、汽车等众多领域得到广泛应用,但是这类铝合金薄壁件结构复杂、刚性很差,在加工过程中极易产生变形,很难满足加工精度和加工质量的要求,因此铝合金复杂薄壁构件的加工一直是一个难点。本文以典型的铝合金密槽薄壁件为研究对象,对铝合金复杂薄壁构件的高速加工工艺技术进行了研究。主要研究内容如下:1、根据零件的结构特点和工艺特性,对单个小槽的加工进行了工艺规划,选择合适的高速加工刀具,并以切削路径最短对工件上小槽的加工路径进行了优化。探讨了辅助支承在薄壁件装夹中的应用,依据零件的结构特点和加工特性,设计了密槽薄壁件的专用夹具。2、在高速机床上,通过单因素试验,研究了高速加工LF21铝合金材料时切削速度、每齿进给量、背吃刀量对切削力和加工表面质量的影响规律。3、采用有限元技术,利用通用有限元分析软件ANSYS10.0对密槽薄壁件高速加工过程中工件的变形情况进行了数值模拟。根据数值模拟的结果,综合考虑缩短切削路径和减小加工变形两因素,设计了回字形的走刀路径对密槽薄壁件进行加工。4、进行了铝合金密槽薄壁件的初步加工试验,比较了装夹方式和走刀方式等因素对密槽薄壁件加工质量的影响,验证了小槽加工工艺路线和央具设计方案的可行性及正确性,为今后进行更深入的研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的意义和背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 薄壁构件加工方法
• 1.2.2 薄壁构件高速加工走刀路径
• 1.2.3 薄壁构件加工装夹技术
• 1.2.4 薄壁构件加工变形有限元分析
• 1.3 本文主要研究目标、内容和方法
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 2 铝合金密槽薄壁件加工工艺分析
• 2.1 零件的材料与结构特性分析
• 2.1.1 零件的材料属性
• 2.1.2 零件的结构特点
• 2.1.3 零件加工的难点
• 2.2 单个小槽加工工艺规划
• 2.2.1 粗加工
• 2.2.2 精加工
• 2.3 高速加工刀具选择
• 2.3.1 高速加工刀具材料
• 2.3.2 高速加工刀具结构参数
• 2.3.3 刀具选用
• 2.4 加工路径优化
• 2.5 本章小结
• 3 铝合金密槽薄壁件高速加工夹具设计
• 3.1 铝合金密槽薄壁件高速加工定位方式选择
• 3.1.1 工件定位的基本原理
• 3.1.2 铝合金密槽薄壁件定位方案
• 3.2 铝合金密槽薄壁件高速加工夹紧方案设计
• 3.2.1 薄壁件夹紧的一般要求
• 3.2.2 铝合金密槽薄壁件夹紧方案
• 3.3 辅助支承在薄壁件装夹中的应用
• 3.3.1 工艺系统刚度
• 3.3.2 辅助支承
• 3.4 铝合金密槽薄壁件高速加工夹具设计
• 3.5 本章小结
• 4 LF21铝合金高速加工切削参数优化试验
• 4.1 试验条件及方法
• 4.1.1 试验设备及仪器
• 4.1.2 测力系统
• 4.1.3 试验刀具
• 4.1.4 切削试样
• 4.1.5 加工方式
• 4.1.6 冷却方式
• 4.2 切削力单因素试验
• 4.2.1 切削速度对切削力影响单因素试验
• 4.2.2 每齿进给量对切削力影响单因素试验
• 4.2.3 背吃刀量对切削力影响单因素试验
• 4.2.4 试验结论
• 4.3 表面质量单因素试验
• 4.3.1 切削速度对表面质量影响单因素试验
• 4.3.2 每齿进给量对表面质量影响单因素试验
• 4.3.3 背吃刀量对表面质量影响单因素试验
• 4.3.4 试验结论
• 4.4 本章小结
• 5 铝合金密槽薄壁件高速加工过程变形数值分析
• 5.1 铝合金密槽薄壁件高速加工变形基础理论
• 5.2 有限元法在加工变形数值模拟中的应用
• 5.2.1 加工变形的区分
• 5.2.2 切削力加载模式
• 5.2.3 材料去除模式
• 5.2.4 ANSYS软件在加工变形分析中的应用
• 5.3 铝合金密槽薄壁件加工变形数值模拟与结果分析
• 5.3.1 加工变形数值模拟过程
• 5.3.2 加工变形数值模拟结果分析
• 5.4 基于变形数值模拟结果的加工路径优化
• 5.5 本章小结
• 6 铝合金密槽薄壁件高速加工试验
• 6.1 试验条件
• 6.1.1 试验设备及仪器
• 6.1.2 试验刀具
• 6.1.3 切削参数及冷却方式
• 6.1.4 加工路径
• 6.2 切削行程对加工效果影响对比试验
• 6.2.1 试验方案
• 6.2.2 试验结果与分析
• 6.3 装夹方式对加工效果影响对比试验
• 6.3.1 试验方案
• 6.3.2 试验结果与分析
• 6.4 走刀方式对加工效果影响对比试验
• 6.4.1 试验方案
• 6.4.2 试验结果与分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 论文主要工作
• 7.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献