鋁合金內(nèi)應(yīng)力變化以及對(duì)其變形影響探究

王先智

通過構(gòu)建三維模型，分析了主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量、銑削深度以及銑削寬度對(duì)鋁合金內(nèi)應(yīng)力變化的影響，同時(shí)還分析了不同銑削工藝與條件對(duì)鋁合金變形影響，得出在對(duì)鋁合金構(gòu)件進(jìn)行銑削加工處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能的減小切削速率，使用相對(duì)小的每齒進(jìn)給量，同時(shí)采用適宜的切削寬度，如此才能夠盡可能降低銑削加工過程中構(gòu)件變形。

1 前言

在對(duì)鋁合金材料進(jìn)行銑削加工處理時(shí)，要想準(zhǔn)確地對(duì)銑削溫度場以及應(yīng)力場實(shí)際分布情況加以測(cè)試時(shí)非常不易的，只借助于實(shí)驗(yàn)工作不易獲得準(zhǔn)確結(jié)果。所以，需要構(gòu)建相應(yīng)的模型對(duì)銑削加工具體影響加以分析。不過，目前很多研究之中所構(gòu)建的模型均屬于二維模型，而銑削加工處理過程中是一個(gè)三維處理過程，所以，采用二維模型進(jìn)行分析所得結(jié)果依舊不夠準(zhǔn)確，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建三維模型，確保和實(shí)際銑削加工過程更為接近。在此，借助于DEFORM軟件建立三維仿真模型，針對(duì)鋁合金材料銑削加工操作加以模擬分析，從而得到不同銑削條件下對(duì)鋁合金內(nèi)應(yīng)力影響情況。

2 鋁合金銑削加工模型構(gòu)建

2.1 三維模型構(gòu)建

利用DEFORM軟件構(gòu)建三維銑削加工模型，所使用的刀具對(duì)應(yīng)參數(shù)見表1。

把所構(gòu)建的刀具模型以及鋁合金構(gòu)件三維模型均輸入至DEFORM軟件之中，同時(shí)完成網(wǎng)格劃分工作，在進(jìn)行模擬分析的過程中，希望可以得到更為精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，同時(shí)提升模擬分析的速率，針對(duì)刀具之中尖端部位對(duì)應(yīng)網(wǎng)格進(jìn)一步加以細(xì)化，同時(shí)依照切寬以及切深對(duì)鋁合金構(gòu)件的表面網(wǎng)格加以進(jìn)一步細(xì)化。

2.2 鋁合金材料參數(shù)情況

此次模擬分析過程中設(shè)定鋁合金材料的密度值為2800kg/m3，鋁合金材料對(duì)應(yīng)的彈性模型為70GPa，對(duì)應(yīng)的泊松比是0.34，其余參數(shù)具體情況見表2。

3 銑削加工不同因素對(duì)鋁合金內(nèi)應(yīng)力影響

3.1 主軸轉(zhuǎn)速對(duì)鋁合金內(nèi)應(yīng)力影響

設(shè)定每齒對(duì)應(yīng)的進(jìn)給量是0.05mm/z，對(duì)應(yīng)的切削深度值大小為0.5mm，對(duì)應(yīng)的切削寬度值大小為2mm，設(shè)定不同主軸轉(zhuǎn)速值，分別為4.5×103r/min、5.0×103r/min、5.5×103r/min、6.0×103r/min，模擬分析不同主軸轉(zhuǎn)速的情況下，鋁合金構(gòu)件表面應(yīng)力變化情況。在進(jìn)行模擬分析之后得出，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化情況下，在X方向上其內(nèi)應(yīng)力改變情況基本一致，也就是應(yīng)力大小在其深度方向之上呈現(xiàn)出了不斷降低的發(fā)展趨勢(shì)，而且應(yīng)力減小幅度也由大至小，在接近底層部位情況下，其應(yīng)力改變情況基本上達(dá)到平穩(wěn)，相對(duì)而言應(yīng)力分布比較均勻。通過模擬分析還得出，所設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速范圍之中，在鋁合金構(gòu)件的表面位置都表現(xiàn)出了壓應(yīng)力作用，同時(shí)在主軸對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速值不斷增加情況下，鋁合金構(gòu)件表面位置處形成的壓應(yīng)力作用將有所增加，導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是由于主軸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速值逐漸增加的同時(shí)，切削過程中鋁合金構(gòu)件表面溫度也會(huì)隨之有所升高，因?yàn)闇囟鹊纳呤沟娩X合金構(gòu)件出現(xiàn)了熱塑變形問題，從而使得表面壓應(yīng)力作用也隨之增加。

3.2 每齒進(jìn)給量對(duì)鋁合金內(nèi)應(yīng)力影響

設(shè)定主軸的轉(zhuǎn)速值大小是5.0×103r/min，對(duì)應(yīng)的切削深度值大小為0.5mm，對(duì)應(yīng)的切削寬度值大小為2mm，設(shè)定不同每齒進(jìn)給量值，分別為0.04mm/z、0.05mm/z、0.06mm/z、0.07mm/z，模擬分析不同每齒進(jìn)給量的情況下，鋁合金構(gòu)件表面應(yīng)力變化情況。我們通過模擬分析之后得出了，在鋁合金構(gòu)件的表面位置處，其應(yīng)力類型都屬于拉應(yīng)力類型，同時(shí)，在每齒進(jìn)給量數(shù)值不斷加大過程中，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值同樣也隨之增加，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)樵诿魁X進(jìn)給量數(shù)值不斷增加情況下，會(huì)進(jìn)一步的增加鋁合金構(gòu)件去除率，在隨之將導(dǎo)致切削過程中所形成熱量有所增加，從而使得鋁合金構(gòu)件所受到拉應(yīng)力隨之變大。在深度逐步增加的過程中，鋁合金構(gòu)件表面之中所存在應(yīng)力不斷降低，并且逐步的由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變成為壓應(yīng)力，當(dāng)每齒進(jìn)給量的值在0.06mm/z情況下鋁合金構(gòu)件之中的應(yīng)力降低速率是最快的。

3.3 銑削深度對(duì)鋁合金內(nèi)應(yīng)力影響

設(shè)定主軸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速保持固定，為5.0×103r/min，對(duì)應(yīng)的每齒對(duì)應(yīng)的進(jìn)給量大小是0.05mm/z，對(duì)應(yīng)的切削寬度值大小為2mm，設(shè)定不同銑削深度值，分別為1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm，模擬分析不同銑削深度值的情況下，鋁合金構(gòu)件表面應(yīng)力變化情況。在進(jìn)行模擬分析之后得出，當(dāng)銑削深度值發(fā)生變化情況下，在鋁合金構(gòu)件的表面位置處錯(cuò)形成的應(yīng)力類型均屬于拉應(yīng)力類型，并且在鋁合金構(gòu)件的深度值逐漸增大過程中，其對(duì)應(yīng)應(yīng)力值逐漸的降低。同時(shí)，若是鋁合金構(gòu)件切削深度逐漸增加情況下，其表面位置處的應(yīng)力值也會(huì)隨之增加，導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是由于在切削深度值逐步增加過程中，鋁合金構(gòu)件所對(duì)應(yīng)的塑性形變情況將會(huì)加重，相應(yīng)的切削力有所增加，所形成熱應(yīng)力將對(duì)應(yīng)力帶來更大的影響，從而會(huì)使得表面應(yīng)力值有所增加。

3.4 銑削寬度對(duì)鋁合金內(nèi)應(yīng)力影響

設(shè)定主軸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速保持固定，為5.0×103r/min，對(duì)應(yīng)的每齒對(duì)應(yīng)的進(jìn)給量大小是0.05mm/z，對(duì)應(yīng)的切削深度值大小為2mm，設(shè)定不同銑削寬度值，分別為1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm，模擬分析不同銑削寬度值的情況下，鋁合金構(gòu)件表面應(yīng)力變化情況。在進(jìn)行模擬分析之后得出，當(dāng)銑削寬度值發(fā)生變化情況下，處于所設(shè)定的寬度值范圍之中時(shí)，鋁合金構(gòu)件表面之中所出現(xiàn)應(yīng)力類型均屬于拉應(yīng)力類型，同時(shí)，在切削的寬度值逐漸增大情況下，對(duì)應(yīng)的表面應(yīng)力大小為出現(xiàn)較大改變，從這一模擬結(jié)果我們能夠得出，切削寬度值并為對(duì)鋁合金構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力造成太大影響。

4 銑削加工不同因素對(duì)鋁合金變形影響

4.1 工藝對(duì)鋁合金變形影響

很多的鋁合金構(gòu)件自身結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，而且屬于構(gòu)件，對(duì)于這類構(gòu)件而言，其所擁有的剛度值相對(duì)小，進(jìn)行銑削加工處理過程中易出現(xiàn)變形，導(dǎo)致鋁合金構(gòu)件的上壁相對(duì)較厚而下壁相對(duì)較薄，易發(fā)生尺寸超差的問題，若是采取相對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行銑削加工處理，不易達(dá)到加工精度要求。就此種問題，在實(shí)際銑削加工過程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步的裝夾方法加以優(yōu)化，并且改進(jìn)走刀路徑，這樣才能夠確保鋁合金構(gòu)件加工質(zhì)量滿足要求。另外，銑削加工處理時(shí)裝夾引起的變形會(huì)在很大程度上影響到構(gòu)件精度以及粗糙度。若是所采用的裝夾方法不太適宜，將會(huì)導(dǎo)致鋁合金構(gòu)件的銑削加工質(zhì)量受到較大影響，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生報(bào)廢問題，所以，進(jìn)行鋁合金構(gòu)件銑削加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保裝夾次數(shù)盡可能減小，并且確保裝夾接觸面積盡可能增加，同時(shí)還要設(shè)定適宜的夾緊力。

4.2 冷卻以及潤滑對(duì)鋁合金變形影響

在進(jìn)行銑削加工處理過程中，通過利用高效乳化冷卻潤滑劑，能夠確保銑削力以及銑削加工溫度等均有所減小，避免切削加工過程中一些切屑和刀具發(fā)生粘結(jié)，同時(shí)，還能夠避免切削處理過程中所使用刀具和鋁合金構(gòu)件由于熱力耦合影響出現(xiàn)較大變形。

5 結(jié)語

通過模擬分析可以得出，在對(duì)鋁合金構(gòu)件進(jìn)行銑削加工處理過程中，在主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量、銑削深度不斷在增加的過程中，相應(yīng)的切削應(yīng)力也會(huì)隨之增加。因此，在實(shí)際切削加工處理過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的減小切削速率，使用相對(duì)小的每齒進(jìn)給量，同時(shí)采用適宜的切削寬度，如此才能夠?qū)︿X合金構(gòu)件銑削加工工藝加以優(yōu)化，盡可能降低銑削加工過程中構(gòu)件變形，有效提升鋁合金構(gòu)件加工精度。

（作者單位：貴州航天電子科技有限公司）