高速铣削薄壁件加工变形控制及工艺优化研究

摘要

薄壁结构件是航空、航天典型零件，应用极其广泛。其结构复杂，加工和装配精度要求也很高，加工过程中，由于其薄壁结构刚性很低，很容易受切削力和切削温度影响而产生加工变形等情况，传统的制造工艺已经不能满足薄壁结构件的高精度和高效率的工艺要求。因此，预测和控制薄壁件加工变形具有重大理论的意义和工业应用价值。本文以“航空航天典型零件高速多轴联动加工技术”以及“复杂数控刀具创新能力平台建设”重大专项中的TC4合金材料为研究对象，采用理论建模、试验研究和仿真分析相结合的方法对薄壁结构件的加工变形问题进行研究。完成的主要工作包括如下几个方面:
　　 1.进行了TC4钛合金薄壁件的单因素切削试验，明确了切削速度、进给速度、轴向和径向切深等切削参数对切削力的影响程度及其规律。
　　 2.在单因素切削试验的基础上进行了正交试验，利用试验中所采集到的数据建立切削力回归方程，通过矩阵简化法和线性回归分析，完成了铣削TC4钛合金薄壁件的切削力经验模型的建立。
　　 3.结合所建立的切削力经验模型，利用有限元分析软件Ansys建立铣削加工钛合金薄壁件的有限元仿真模型，通过对仿真结果的分析，获得了薄壁件加工变形的基本规律。将仿真所得数据与工件的实测数据进行比较，验证了基于有限元加工变形预测方法的有效性，其可作为更深入研究薄壁件加工变形规律和误差补偿的基础。
　　 4.综合试验研究与有限元分析结果探讨了加工变形的控制方法，为实现TC4钛合金薄壁件加工的高效、优质和低耗提供一定的依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高速铣削加工技术发展现状

1．2．2 薄壁件加工变形控制的研究现状

1．2．3 加工变形控制的有限元应用

1．3 主要研究内容

第2章 铣削力建模理论研究

2．1 切削力模型的建立

2．2 Kline铣削力模型的分析

2．3 铣削力经验模型的分析

2．4 本章小结

第3章 TC4钛合金单因素铣削试验

3．1 TC4钛合金的切削加工性

3．1．1 TC4钛合金的材料特性

3．1．2 TC4钛合金的切削特点

3．2 薄壁件铣削试验研究

3．2．1 试验条件

3．2．2 单因素试验研究

3．3 本章小结

第4章 正交试验与铣削力建模

4．1 正交试验设计

4．2 数据处理及建立铣削力模型

4．2．1 回归方程系数的处理

4．2．2 铣削力数学模型的建立

4．3 本章小结

第5章 有限元分析与试验验证

5．1 有限元方法研究

5．1．1 Ansys有限元分析过程

5．1．2 施加载荷的方式

5．2 有限元分析及试验验证

5．2．1 薄壁件有限元模型的建立

5．2．2 加工变形的有限元分析

5．2．3 切削温度的有限元分析

5．2．4 试验验证

5．3 加工变形控制的切削参数的选择

5．3．1 轴向切深的选择

5．3．2 径向切深的选择

5．3．3 切削速度的选择

5．3．4 每齿进给量的选择

5．4 走刀路径的选择

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及所获专利

致谢