關(guān)于初始?xì)堄鄳?yīng)力對薄壁回轉(zhuǎn)件加工變形的影響探究

彭應(yīng)征

摘要：近年來，伴隨著我國綜合實(shí)力的提升，航空工業(yè)發(fā)展隨之也得到了不錯(cuò)的發(fā)展。由于飛機(jī)與人們的出行安全有著密切的聯(lián)系，所以，在現(xiàn)代化社會(huì)中人們逐漸提高了對飛機(jī)性能的要求。薄壁件作為飛機(jī)制造的元素之一，雖然薄壁件自身的優(yōu)勢能給飛機(jī)制造帶來諸多好處，但不可否認(rèn)的是，其在加工的過程中仍會(huì)受到殘余應(yīng)力等因素影響導(dǎo)致變形。基于此，加大對初始?xì)堄鄳?yīng)力對薄壁回轉(zhuǎn)件加工變形造成的影響研究極為迫切。

關(guān)鍵詞：初始?xì)堄鄳?yīng)力;薄壁回轉(zhuǎn)件;加工變形影響

0? 引言

對于薄壁件而言，由于薄壁件自身有著質(zhì)量小、強(qiáng)度高等優(yōu)勢，所以，薄壁件在不斷的推廣中被廣泛的應(yīng)用在了飛機(jī)制造上。但不可否認(rèn)由于薄壁件本身的剛性比較弱，所以，在加工的過程中，薄壁件非常容易受到殘余應(yīng)力等諸多因素的影響，繼而發(fā)生變形，嚴(yán)重的話還會(huì)對零件加工的精準(zhǔn)度與產(chǎn)品合格率造成影響。經(jīng)研究調(diào)查可知，目前我國對薄壁件殘余應(yīng)力分布與加工變形進(jìn)行的仿真試驗(yàn)非常多。如：畢云波等人就曾通過有限仿真對初始?xì)堄鄳?yīng)力以及切削可能給薄板加工造成的影響進(jìn)行了研究。雖然我國在該方面內(nèi)容的研究較為豐富，但大部分研究內(nèi)容都有關(guān)薄板零件，對于薄壁回轉(zhuǎn)件加工的定量分析尚且還不夠全面?；诖?，本文將通過淬火過程與加工變形有限元仿真對該方面內(nèi)容進(jìn)行研究，進(jìn)而為優(yōu)化加工參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

1? 淬火過程與加工變形有限元仿真

針對淬火過程與加工變形有限元仿真的研究，本文將從以下幾個(gè)方面對其進(jìn)行闡述：

1.1 毛坯淬火過程有限元仿真

在該仿真過程中，本文將選取7075鋁合金為毛坯，內(nèi)徑為二十厘米，壁厚為一厘米，高度為五厘米。除此之外，在密度與泊松比上本文的取值分別為每立方米二千八百千克與零點(diǎn)三。DC3D8和C3D8R分別是熱傳導(dǎo)與熱應(yīng)力分析時(shí)的網(wǎng)格類型代表，兩者的時(shí)間大致為兩分鐘。在該過程中，壓應(yīng)力與只在小范圍中存在的拉應(yīng)力是徑向殘余應(yīng)力的基本表現(xiàn)。而上面與下面為壓應(yīng)力反應(yīng)是周向殘余應(yīng)力的表現(xiàn)。位于中間的是拉應(yīng)力，拉應(yīng)力最大值為94.8MPa，通常情況下其拉應(yīng)力上下為對稱分布。

1.2 毛坯加工過程的有限元仿真

在加工過程中有限元仿真中，我們首先需要做到是把仿真過程中得到的殘余應(yīng)力當(dāng)做新的初始條件，并且需要將其應(yīng)用到有限元軟件中，進(jìn)行仿真切削加工。從實(shí)際的加工過程可知，在切削的時(shí)候就已經(jīng)引入了全新的殘余應(yīng)力，但在引入過程中需要注意的是，深度要淺一些，這樣才能保證整個(gè)工件在加工過程中變形幾率減小，進(jìn)而才能在不考慮因素對有限元仿真結(jié)果造成的影響。最終得到薄壁回轉(zhuǎn)構(gòu)件變形量的大小。

2? 實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果分析

2.1 殘余應(yīng)力的測量與分析

通過對鋁合金毛坯零件分析可知，這類毛坯的厚度通常較大，所以可在沒有對加工造成影響的情況下，選用破壞性較小的鉆孔法與MTS3000型參與應(yīng)力分析儀進(jìn)行測量。具體實(shí)施步驟如下：首先需要沿著毛坯外表面中心線角度選取四個(gè)點(diǎn)。經(jīng)過有關(guān)驗(yàn)證，通過對殘余應(yīng)力仿真與測量結(jié)果的對比，仿真與試驗(yàn)測量結(jié)果最小的誤差為10.27%，最大的誤差為16.85%。另外，還可從中得出一個(gè)結(jié)論。即：實(shí)際測量得到的結(jié)果比仿真測量得到的結(jié)果要小得多。而導(dǎo)致該結(jié)果偏差的原因主要源于：仿真實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)理想環(huán)境中進(jìn)行的，然而實(shí)際測量中的水溫是不可能保持恒溫不變的，再加上測量中存在的認(rèn)為因素同樣會(huì)對最終的仿真結(jié)果造成影響，所以，自然會(huì)出現(xiàn)實(shí)際測量結(jié)果小于仿真結(jié)果的現(xiàn)象。除此之外，在仿真中，如果鋁合金在淬火前，其殘余應(yīng)力為零，而鋁合金實(shí)際淬火前，其內(nèi)部就已經(jīng)存在一定的殘余應(yīng)力了，所以，在完成淬火后，這部分殘余應(yīng)力同樣會(huì)對自然結(jié)果造成影響，而這也是導(dǎo)致實(shí)際與仿真結(jié)果不一樣的原因之一。

2.2 薄壁回轉(zhuǎn)構(gòu)件的切削過程與變形測量分析

針對該方面內(nèi)容的分析，本文將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：首先，車削加工方案。當(dāng)數(shù)控車床在對毛坯進(jìn)行加工的時(shí)候，即使此時(shí)的毛坯厚度非常大，但在經(jīng)過數(shù)控機(jī)床加工后毛坯厚度將逐漸變薄，剛性也將慢慢削弱下來。此時(shí)，在進(jìn)行加工過的時(shí)候雖然薄壁回轉(zhuǎn)構(gòu)件會(huì)很容易發(fā)生變形，但與此同時(shí)薄壁回轉(zhuǎn)構(gòu)件的軸向剛性也將得到一定的提升。因此，就需要選擇一個(gè)厚度剛好的鋁合金圓板把端面壓緊，中心可通過螺母與中心軸擰緊。在實(shí)際加工的過程中，還需要應(yīng)用冷卻液，降低切削可能對工件變形的影響。其次，加工變形的測量方案。在完成上述所說的工件切削工程之后，首先需要做的是對工件兩組路徑的徑向變形量進(jìn)行測量。路徑一為在外圓等測八個(gè)點(diǎn)，然后以起始點(diǎn)為測量零點(diǎn)。路徑二為軸向方向依次測量七個(gè)點(diǎn)，以中間位置為測量點(diǎn)，并將這兩個(gè)測量結(jié)果與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。經(jīng)過有關(guān)驗(yàn)證，路徑一的徑向變形量變化趨勢為：先增加，再減少，然后再增加，其中最大的徑向變形值為零點(diǎn)一五毫米。而仿真實(shí)驗(yàn)中最大的徑向變形量為零點(diǎn)一六毫米，而且兩者的變化趨勢幾乎一樣。路徑二的徑向變形量變化趨勢為，先減小，再增加，然后呈上小分布對稱，其中最大的徑向變形值為零點(diǎn)一四毫米，仿真實(shí)驗(yàn)的徑向最大變形量為0.173毫米。當(dāng)然，仿真與試驗(yàn)雖然有著很多的相同之處，但不可否認(rèn)的是兩者之間也存在著許多不同。例如：仿真的變形量與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相對，仿真的值要大一些。以上就是有關(guān)初始?xì)堄鄳?yīng)力對薄壁回轉(zhuǎn)件加工變形的影響探究，有關(guān)人員需要對其加以重視，進(jìn)而促使薄壁件得到更好的加工，并保證加工的準(zhǔn)確性。

3? 結(jié)束語

總而言之，通過上述對該方面內(nèi)容的深入研究可知，有限元模型與方法不僅能夠準(zhǔn)確得到鋁合金淬火殘余應(yīng)力與切削加工的變形，而且對實(shí)際切削加工變形等問題具有一定的參考價(jià)值。

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