薄壁板材加工变形控制工艺研究

付　明　吴西彪　姚雪兆（中国核动力研究设计院，四川　成都　610213）

薄壁板材加工变形控制工艺研究

付明吴西彪姚雪兆
（中国核动力研究设计院，四川成都610213）

摘要：在薄壁板材的加工变形中，其变形情况通常具有明显的难控制性，因此对薄壁板材加工变形控制工艺进行合理的研究具有重要的现实意义。本文主要通过对薄壁板材加工变形控制工艺进行有效的分析，并对薄壁板材变形的有限元分析进行充分的总结，从而进一步对不同精加工余量对薄壁板材变形的影响进行有效的探讨。

关键词：薄壁板材；加工变形控制；工艺研究

薄壁板材的各个结构零件通常都具有明显的刚性差特征，并且受到各种因素的影响作用，就导致其特别容易出现加工变形现象，使得板材的加工精度不能得到有效的控制。而在引发薄壁板材加工变形的各项因素中，切削力是其中的一种重要因素。由于薄壁板材所使用的加工变形模式，通常会和实际的工件材料与相应的板材的结构尺寸之间存在着密切的关联，因此，刀具在拐角处的运动轨迹所产生的变形越大，就会导致其在切出点出的变形越小，同时，在薄壁板材的初始切削位置的刚性较高，使得其变形情况也较小，而随着切削工作的进一步开展，致使薄壁所站的面积越来越大，就会导致其变形也逐渐增加。

一、薄壁板材铣削加工工艺分析

（一）薄壁板材铣削力

图1为薄壁板材铣削过程的分析示意图。在本文中，为了更加方便的供大家观察分析，我们把总的切削面积来进行有效划分，来降气变成许多个微单元组成，并结合相应的计算，来对每个单元的受力情况进行充分的分析，从而进一步得出薄壁板材铣削力的具体空间分布状态。最后将多有的单元力相加，就能够得出总的薄壁板材铣削力。

（二）薄壁板材加工关键点的选取

进行直边的切削且ae

图2　直边时切削力计算示意图

二、薄壁板材变形的有限元分析

（一）薄壁板材变形的有限元模型分析

进行薄壁板材加工时，通常可以运用多种加工方法，其中最主要的是采用由内向外的环切法，使得刀具在框体的中部下刀，再不断的向外旋转，如图3所示。图3中部分带有箭头的实线，通常指的是刀具的外轮廓线所得的实际运动轨迹，我们一般将此来作为有限元模型的重要建模依据，并进一步结合关键点的有效选取原则，来对模型中的关键点进行更加合理的设置工作，此外，各条直线的交叉点就是有限元模型的建模关键点，要求其能够充分的采用由下往上的方法，来对各个关键点的坐标进行更加充分而又明确的设定，促使其生成更加合理的关键点，最后再由点生成线，并进一步由线生成面。同时，在整个模型的实际建立过程中，为了能够更好的促使关键点的位置体现出变性的最大值，就要求我们必须将切削用量与坐标位置有效的联系起来。其中，图3变为薄壁板材变形的有限元模型示意图。

（二）薄壁板材变形的有限元变形规律

图1　薄壁板材铣削过程分析示意图

1关键点的变化规律：当关键点所在的位置经过拐角处时，与相邻的关键点比较而言，由于其受力情况比较大，就会促使该部位的变形情况也比较大。而当关键点所处的位置位于刀具的切出点时，由于其受力作用比较小，就促使其发生的变形程度也比较小。当关键位置位于刀具运动的中心轨迹上时，就会导致其受力较大，从而使得其变形情况也较为严重。

2切削变化规律：由于在切削活动的初步进行时，其薄壁板材中心的刚性条件比较好，与同一直线上的其他点相比而言，中心处各个点的变形情况比较小，而随着刀具不断地向外呈环形状切削，我们就会明显的发现，这种变化规律开始逐渐消失了。而另一方面，伴随着薄壁板材在模型中所占比例的不断增加，各个板材中间部位的刚性也开始不断地减弱，从而使得其所发生的变形情况也越来越强。这就会进一步导致距离约束比较近的两端部位的变形程度比较小，从而使得在整个直线中，各个关键点之间的变形规律呈现出一种抛物线的形状。

三、薄壁板材变形受精加工余量的影响作用

一般来说，薄壁板材加工变形情况，往往会随着精加工余量的变化而发生一定的变化，当精加工余量的小于2mm的时候，薄壁板材的变形情况，就会一直随着精加工余量的增加而不断增加，同时，一旦精加工余量大于2mm，薄壁板材的变形情况就会随着精加工余量的增多而减少。究其原因主要是虽然精加工余量增加时其切削力也会增加，导致板材的变形情况也产生一定的增高趋势，然而由于精加工量的增加会使得板材的厚度也随着增加，使得板材的刚性能够得到一定程度上的提高，从而使得板材刚性的增加程度远远的超过了切削力增加的程度，这就会导致变形的不断减小。所以说，精加工余量越大，其板材的变形情况就越小，因此，为了能够更好的提高加工效率并减小薄壁板材的变形情况，就要求我们在进行最后一刀的精加工时，采用较大的ap进行薄壁板材的铣削加工工作。

图3　薄壁板材变形的有限元模型示意图

结语

刀具路径优化法和大切深法是薄壁板材加工变形控制工艺中最主要的两种控制方法。一般来说，和各种常规的加工变形控制工艺不同，薄壁板材加工变形控制工艺中的刀具路径优化法与大切深法，都能够与薄壁板材的刚性特征进行充分的联系与结合，来进一步降低板材加工的变形情况。因此，在实际的加工控制过程中，我们不仅可以把这两种薄壁板材加工变形的加工控制工艺进行单独使用，也可以实现两只之间的有效结合，促使其能够更好的应用到具体的实践生产活动中。

参考文献

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中图分类号：TH161

文献标识码：A